国六OBD重型柴油车移动源减排管理中压燃式发动机排放颗粒成分研究

当下，国六OBD排放标准实施以来，全国上下74个城市空气质量得到大幅改善，但达标情况尚不乐观，颗粒物超标问题尚未解决，NO（二氧化氮）指标有反弹、存在超标风险，O（臭氧）升高、未来存在很大超标风险，燃油（特别是移动源的使用）产生的NOx（氮氧化物）排放远高于美国和欧盟……其中移动源污染物排放占比较高，表现为柴油货车超标排放问题突出，车用燃油和车用尿素不达标情况严重。

当下，移动源减排政策快速推进，移动源环保管理的文件已经形成体系，包括1个总文件、3个攻坚方案、3个专项攻坚方案，移动源秋冬攻坚方案多措并举。监管部门在严格落实运输结构调整、加快推进老旧车（国三、国四）淘汰、严厉查处机动车排放超标行为、加强油品监督管理、建设机动车“天地车人”一体化监控系统（在线监测系统）方面花了大力气。对于未来排放标准的发展趋势，“国六”之后还会有“国七”，针对排放监管只会越来越严。眼下排放控制技术的潜力已经能够支撑超低、近零排放的控制要求，但排放控制技术的发展也会带来全新的挑战，如NO（一氧化二氮）、NH（氨气）的排放及混合动力的排放问题等。值得关注的是，温室气体协同减排是我国移动源标准未来需要考虑的问题。

其中，在油品管理研究中，发动机所排放的颗粒物由碳烟团聚物及其表面或者间隙中所吸附的半发挥物质组成。半发挥物质一般包括有机碳氢和含硫无机成分等，碳氢成分又包涵了上百种剧毒及致癌的复杂有机化合物，如PAHs等，因此，发动机排放颗粒物的挥发性是评价颗粒物危害程度的重要标准之一。

有机碳（Organic carbon OC）和元素碳（Elemental carbon EC）是组成发动机排气颗粒的主要成分，OC中半发挥性成分有着很大重合部分，EC是影响大气能见度的重要原因之一，偶遇不同粒径范围内排气颗粒的形成机理不尽相同，导致颗粒物的发挥性及其成分亦与粒径有关，因此有必要区分粒径的基础上研究不同发动机条件下排气颗粒的挥发性及其成分。

速锐得科技专注于行业应用级OBD国五、国六汽车CAN总线数据及排放产品开发，在不断探索行业应用及需求。采用车规级、分布式、模块化的底层架构设计。2019年率先采用采用智能自动适配及5G技术，无需对不同品牌车辆进行协议的破解及适配，保证快速高效完成项目测试与实施。2016年在车辆尾气排放超标监控技术与中汽研、清华大学、环保部、计量局制定了DB11-1475地方标准，2016年布局车辆尾气排放超标在线监控技术，就是为了行业客户响应国家号召，打赢国家“蓝天保卫战”。为研究油品，我们选择一台四缸、自然吸气、直喷式柴油机上进行，发动机与测功机相连接，通过测功机系统调整发动机的转速和扭矩大小，为了保证测试的重复性和可比较行，发动机的冷却水由测试系统自动控制在80摄氏度，误差为正负2度，而发动机的机油温度控制在90-100度之间。

	ISUZU 4HF1		ISUZU 4HF1
类型	四缸直列泵	排量	4334/ml
额定功率	88kW(3200r/min)	压缩比	19.0：1
额定扭矩	285N-m(1800r/min)	喷油时刻	8度
缸径X行程	112mmX110mm

选取超低硫柴油（ULSD）、生物柴油（BD）、和低硫柴油（LSD）三种不同燃料研究压燃式发动机颗粒物排放特性。超低硫柴油含硫量低于10PPM，生物柴油源于餐饮废油，购自DP公司，其理化特性符合欧洲生物柴油标准EN14214,低硫柴油含硫量在400PPM左右。

测试数据如下表：

	ULSD	BD	LSD
十六烷值	52	51	51
低热值/（MJ/kg）	42.5	37.5	42.5
密度/(kg/m³) :20度	840	871	834
黏度/（MPa s）：40度	2.4	4.6	3.03
汽化潜热/（kJ/kg）	250-290	300	280
碳含量/(％ wt)	86.6	77.1	87.4
氧含量/(％  wt)	0	10.8	0
硫含量/(mg/kg)	<10	<10	400
多环芳径含量/(mg/kg)	<11	0	27.7
灰分/(mg/kg)	<100	<200	<100

注：20度表示在20度测得，40度表示在40度测得，％ wt表示质量百分数

燃用生物柴油和超低硫柴油锁产生的颗粒物发挥性随着符合的增大呈现先减少后增大的趋势，而低硫柴油颗粒物挥发性随着符合的增加呈现单调增强趋势。在低负荷条件下由于较低的缸内燃烧温度，大量未燃碳氢或润滑油成分存在发动机排气中，其可在尾气稀释和冷凝过程中转化为大量挥发性颗粒物，此可解释在低负荷条件下生物柴油和超低硫柴油颗粒物排放相对较高的挥发性。

在高负荷条件下由于较高的缸内燃烧温度，未燃的碳氢及润滑油成分对颗粒物挥发性的贡献很少，而较高的燃烧温度，促进了燃料中的硫成分向硫酸或者硫酸盐的转化过程，因此在高负荷条件下，硫酸或者硫酸盐是挥发性颗粒物重要组成部分。由于相对较高的硫含量，这一挥发性颗粒物的形成机理在燃用相对较高含硫量的柴油时较为明显。

结论：

1、燃用生物柴油可有效降低颗粒物数量、质量排放。相对低硫柴油，生物柴油对颗粒物的抑制效果体现在全尺寸粒径范围内，而先对超低硫柴油，主要体现在大尺寸颗粒物。

2、基于质量和数量测量的颗粒物挥发性表明，相对低硫柴油，燃用生物柴油可在全尺寸范围内有效降低挥发性颗粒物排放，而相对超低硫柴油，生物柴油可导致较高的挥发性物质比排放率，并主要集中在小尺寸范围内。

3、对三种不同燃油所产生的颗粒物排放，其挥发性物质质量比例均随颗粒物粒径增加呈现先减小后增大的趋势，而数量比例随迁移粒径的增加单调减小。

4、燃用生物柴油可明显降低颗粒物种PAHs含量，尤其是对燃烧产生的大分子量PAHs的抑制效果尤为明显（专业实验，只拿到结果）。

5、基于BaPeq的毒性分析表明，小粒径颗粒物表现出更强的当量毒性，燃用生物柴油可明显降低颗粒物排放当量毒性及当量毒性浓度。

随着测试技术不断j进步，人们对机动车颗粒物排放的研究已经简单的从烟度测量、质量称重发展到现在可对数量浓度、粒径分布以及各种相关理化特性做详细分析，包含对颗粒物形态、内部微观结构、氧化活性、各种详细化学成分及挥发性等。通过对颗粒物的各种理化特性的分析，有助于更好的研究颗粒物生成机理，对人的危害，消除方法，为国六和未来国七相关政策法规制定提供参考依据。为此，国家生态环境局发文并从2020年1月1日起，对新增轻型汽油车和其余行业重型柴油车实施国六b排放标准。

截至2017年底，我国汽车保有量2.17亿辆，柴油车1690.9万辆，保有量仅占7.8%，但柴油货车排放的氮氧化物占整个机动车排放量的57.3%左右，排放的颗粒物占整体水平的77.8%，是机动车污染排放的主要贡献者。

截至2018年底，我国柴油货车总量为1818万辆，占汽车保有量的7.9％，氮氧化物排放量却占总量的57.3％，颗粒物占78％。运输结构不合理、柴油货车使用强度高、油品质量问题等是造成这一现象的主要原因。

当下，移动源减排政策快速推进，移动源环保管理的文件已经形成体系，包括1个总文件、3个攻坚方案、3个专项攻坚方案，移动源秋冬攻坚方案多措并举。监管部门在严格落实运输结构调整、加快推进老旧车（国三、国四）淘汰、严厉查处机动车排放超标行为、加强油品监督管理、建设机动车“天地车人”一体化监控系统（在线监测系统）方面花了大力气。对于未来排放标准的发展趋势，“国六”之后还会有“国七”，针对排放监管只会越来越严。眼下排放控制技术的潜力已经能够支撑超低、近零排放的控制要求，但排放控制技术的发展也会带来全新的挑战，如NO（一氧化二氮）、NH（氨气）的排放及混合动力的排放问题等。值得关注的是，温室气体协同减排是我国移动源标准未来需要考虑的问题。

其中，在油品管理研究中，发动机所排放的颗粒物由碳烟团聚物及其表面或者间隙中所吸附的半发挥物质组成。半发挥物质一般包括有机碳氢和含硫无机成分等，碳氢成分又包涵了上百种剧毒及致癌的复杂有机化合物，如PAHs等，因此，发动机排放颗粒物的挥发性是评价颗粒物危害程度的重要标准之一。

有机碳（Organic carbon OC）和元素碳（Elemental carbon EC）是组成发动机排气颗粒的主要成分，OC中半发挥性成分有着很大重合部分，EC是影响大气能见度的重要原因之一，偶遇不同粒径范围内排气颗粒的形成机理不尽相同，导致颗粒物的发挥性及其成分亦与粒径有关，因此有必要区分粒径的基础上研究不同发动机条件下排气颗粒的挥发性及其成分。

速锐得科技专注于行业应用级OBD国五、国六汽车CAN总线数据及排放产品开发，在不断探索行业应用及需求。采用车规级、分布式、模块化的底层架构设计。2019年率先采用采用智能自动适配及5G技术，无需对不同品牌车辆进行协议的破解及适配，保证快速高效完成项目测试与实施。2016年在车辆尾气排放超标监控技术与中汽研、清华大学、环保部、计量局制定了DB11-1475地方标准，2016年布局车辆尾气排放超标在线监控技术，就是为了行业客户响应国家号召，打赢国家“蓝天保卫战”。为研究油品，我们选择一台四缸、自然吸气、直喷式柴油机上进行，发动机与测功机相连接，通过测功机系统调整发动机的转速和扭矩大小，为了保证测试的重复性和可比较行，发动机的冷却水由测试系统自动控制在80摄氏度，误差为正负2度，而发动机的机油温度控制在90-100度之间。

	ISUZU 4HF1		ISUZU 4HF1
类型	四缸直列泵	排量	4334/ml
额定功率	88kW(3200r/min)	压缩比	19.0：1
额定扭矩	285N-m(1800r/min)	喷油时刻	8度
缸径X行程	112mmX110mm

选取超低硫柴油（ULSD）、生物柴油（BD）、和低硫柴油（LSD）三种不同燃料研究压燃式发动机颗粒物排放特性。超低硫柴油含硫量低于10PPM，生物柴油源于餐饮废油，购自DP公司，其理化特性符合欧洲生物柴油标准EN14214,低硫柴油含硫量在400PPM左右。

测试数据如下表：

	ULSD	BD	LSD
十六烷值	52	51	51
低热值/（MJ/kg）	42.5	37.5	42.5
密度/(kg/m³) :20度	840	871	834
黏度/（MPa s）：40度	2.4	4.6	3.03
汽化潜热/（kJ/kg）	250-290	300	280
碳含量/(％ wt)	86.6	77.1	87.4
氧含量/(％  wt)	0	10.8	0
硫含量/(mg/kg)	<10	<10	400
多环芳径含量/(mg/kg)	<11	0	27.7
灰分/(mg/kg)	<100	<200	<100

注：20度表示在20度测得，40度表示在40度测得，％ wt表示质量百分数

燃用生物柴油和超低硫柴油锁产生的颗粒物发挥性随着符合的增大呈现先减少后增大的趋势，而低硫柴油颗粒物挥发性随着符合的增加呈现单调增强趋势。在低负荷条件下由于较低的缸内燃烧温度，大量未燃碳氢或润滑油成分存在发动机排气中，其可在尾气稀释和冷凝过程中转化为大量挥发性颗粒物，此可解释在低负荷条件下生物柴油和超低硫柴油颗粒物排放相对较高的挥发性。

在高负荷条件下由于较高的缸内燃烧温度，未燃的碳氢及润滑油成分对颗粒物挥发性的贡献很少，而较高的燃烧温度，促进了燃料中的硫成分向硫酸或者硫酸盐的转化过程，因此在高负荷条件下，硫酸或者硫酸盐是挥发性颗粒物重要组成部分。由于相对较高的硫含量，这一挥发性颗粒物的形成机理在燃用相对较高含硫量的柴油时较为明显。

结论：

1、燃用生物柴油可有效降低颗粒物数量、质量排放。相对低硫柴油，生物柴油对颗粒物的抑制效果体现在全尺寸粒径范围内，而先对超低硫柴油，主要体现在大尺寸颗粒物。

2、基于质量和数量测量的颗粒物挥发性表明，相对低硫柴油，燃用生物柴油可在全尺寸范围内有效降低挥发性颗粒物排放，而相对超低硫柴油，生物柴油可导致较高的挥发性物质比排放率，并主要集中在小尺寸范围内。

3、对三种不同燃油所产生的颗粒物排放，其挥发性物质质量比例均随颗粒物粒径增加呈现先减小后增大的趋势，而数量比例随迁移粒径的增加单调减小。

4、燃用生物柴油可明显降低颗粒物种PAHs含量，尤其是对燃烧产生的大分子量PAHs的抑制效果尤为明显（专业实验，只拿到结果）。

5、基于BaPeq的毒性分析表明，小粒径颗粒物表现出更强的当量毒性，燃用生物柴油可明显降低颗粒物排放当量毒性及当量毒性浓度。

随着测试技术不断j进步，人们对机动车颗粒物排放的研究已经简单的从烟度测量、质量称重发展到现在可对数量浓度、粒径分布以及各种相关理化特性做详细分析，包含对颗粒物形态、内部微观结构、氧化活性、各种详细化学成分及挥发性等。通过对颗粒物的各种理化特性的分析，有助于更好的研究颗粒物生成机理，对人的危害，消除方法，为国六和未来国七相关政策法规制定提供参考依据。为此，国家生态环境局发文并从2020年1月1日起，对新增轻型汽油车和其余行业重型柴油车实施国六b排放标准。

截至2017年底，我国汽车保有量2.17亿辆，柴油车1690.9万辆，保有量仅占7.8%，但柴油货车排放的氮氧化物占整个机动车排放量的57.3%左右，排放的颗粒物占整体水平的77.8%，是机动车污染排放的主要贡献者。

截至2018年底，我国柴油货车总量为1818万辆，占汽车保有量的7.9％，氮氧化物排放量却占总量的57.3％，颗粒物占78％。运输结构不合理、柴油货车使用强度高、油品质量问题等是造成这一现象的主要原因。