國(guó)六OBD重型柴油車移動(dòng)源減排管理中壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)排放顆粒成分研究

當(dāng)下，國(guó)六OBD排放標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施以來(lái)，全國(guó)上下74個(gè)城市空氣質(zhì)量得到大幅改善，但達(dá)標(biāo)情況尚不樂(lè)觀，顆粒物超標(biāo)問(wèn)題尚未解決，NO（二氧化氮）指標(biāo)有反彈、存在超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)，O（臭氧）升高、未來(lái)存在很大超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)，燃油（特別是移動(dòng)源的使用）產(chǎn)生的NOx（氮氧化物）排放遠(yuǎn)高于美國(guó)和歐盟……其中移動(dòng)源污染物排放占比較高，表現(xiàn)為柴油貨車超標(biāo)排放問(wèn)題突出，車用燃油和車用尿素不達(dá)標(biāo)情況嚴(yán)重。

當(dāng)下，移動(dòng)源減排政策快速推進(jìn)，移動(dòng)源環(huán)保管理的文件已經(jīng)形成體系，包括1個(gè)總文件、3個(gè)攻堅(jiān)方案、3個(gè)專項(xiàng)攻堅(jiān)方案，移動(dòng)源秋冬攻堅(jiān)方案多措并舉。監(jiān)管部門(mén)在嚴(yán)格落實(shí)運(yùn)輸結(jié)構(gòu)調(diào)整、加快推進(jìn)老舊車（國(guó)三、國(guó)四）淘汰、嚴(yán)厲查處機(jī)動(dòng)車排放超標(biāo)行為、加強(qiáng)油品監(jiān)督管理、建設(shè)機(jī)動(dòng)車“天地車人”一體化監(jiān)控系統(tǒng)（在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)）方面花了大力氣。對(duì)于未來(lái)排放標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展趨勢(shì)，“國(guó)六”之后還會(huì)有“國(guó)七”，針對(duì)排放監(jiān)管只會(huì)越來(lái)越嚴(yán)。眼下排放控制技術(shù)的潛力已經(jīng)能夠支撐超低、近零排放的控制要求，但排放控制技術(shù)的發(fā)展也會(huì)帶來(lái)全新的挑戰(zhàn)，如NO（一氧化二氮）、NH（氨氣）的排放及混合動(dòng)力的排放問(wèn)題等。值得關(guān)注的是，溫室氣體協(xié)同減排是我國(guó)移動(dòng)源標(biāo)準(zhǔn)未來(lái)需要考慮的問(wèn)題。

其中，在油品管理研究中，發(fā)動(dòng)機(jī)所排放的顆粒物由碳煙團(tuán)聚物及其表面或者間隙中所吸附的半發(fā)揮物質(zhì)組成。半發(fā)揮物質(zhì)一般包括有機(jī)碳?xì)浜秃驘o(wú)機(jī)成分等，碳?xì)涑煞钟职松习俜N劇毒及致癌的復(fù)雜有機(jī)化合物，如PAHs等，因此，發(fā)動(dòng)機(jī)排放顆粒物的揮發(fā)性是評(píng)價(jià)顆粒物危害程度的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。

有機(jī)碳（Organic carbon OC）和元素碳（Elemental carbon EC）是組成發(fā)動(dòng)機(jī)排氣顆粒的主要成分，OC中半發(fā)揮性成分有著很大重合部分，EC是影響大氣能見(jiàn)度的重要原因之一，偶遇不同粒徑范圍內(nèi)排氣顆粒的形成機(jī)理不盡相同，導(dǎo)致顆粒物的發(fā)揮性及其成分亦與粒徑有關(guān)，因此有必要區(qū)分粒徑的基礎(chǔ)上研究不同發(fā)動(dòng)機(jī)條件下排氣顆粒的揮發(fā)性及其成分。

速銳得科技專注于行業(yè)應(yīng)用級(jí)OBD國(guó)五、國(guó)六汽車CAN總線數(shù)據(jù)及排放產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，在不斷探索行業(yè)應(yīng)用及需求。采用車規(guī)級(jí)、分布式、模塊化的底層架構(gòu)設(shè)計(jì)。2019年率先采用采用智能自動(dòng)適配及5G技術(shù)，無(wú)需對(duì)不同品牌車輛進(jìn)行協(xié)議的破解及適配，保證快速高效完成項(xiàng)目測(cè)試與實(shí)施。2016年在車輛尾氣排放超標(biāo)監(jiān)控技術(shù)與中汽研、清華大學(xué)、環(huán)保部、計(jì)量局制定了DB11-1475地方標(biāo)準(zhǔn)，2016年布局車輛尾氣排放超標(biāo)在線監(jiān)控技術(shù)，就是為了行業(yè)客戶響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，打贏國(guó)家“藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”。為研究油品，我們選擇一臺(tái)四缸、自然吸氣、直噴式柴油機(jī)上進(jìn)行，發(fā)動(dòng)機(jī)與測(cè)功機(jī)相連接，通過(guò)測(cè)功機(jī)系統(tǒng)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和扭矩大小，為了保證測(cè)試的重復(fù)性和可比較行，發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻水由測(cè)試系統(tǒng)自動(dòng)控制在80攝氏度，誤差為正負(fù)2度，而發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)油溫度控制在90-100度之間。

選取超低硫柴油（ULSD）、生物柴油（BD）、和低硫柴油（LSD）三種不同燃料研究壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)顆粒物排放特性。超低硫柴油含硫量低于10PPM，生物柴油源于餐飲廢油，購(gòu)自DP公司，其理化特性符合歐洲生物柴油標(biāo)準(zhǔn)EN14214,低硫柴油含硫量在400PPM左右。

測(cè)試數(shù)據(jù)如下表：

注：20度表示在20度測(cè)得，40度表示在40度測(cè)得，％ wt表示質(zhì)量百分?jǐn)?shù)

燃用生物柴油和超低硫柴油鎖產(chǎn)生的顆粒物發(fā)揮性隨著符合的增大呈現(xiàn)先減少后增大的趨勢(shì)，而低硫柴油顆粒物揮發(fā)性隨著符合的增加呈現(xiàn)單調(diào)增強(qiáng)趨勢(shì)。在低負(fù)荷條件下由于較低的缸內(nèi)燃燒溫度，大量未燃碳?xì)浠驖?rùn)滑油成分存在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中，其可在尾氣稀釋和冷凝過(guò)程中轉(zhuǎn)化為大量揮發(fā)性顆粒物，此可解釋在低負(fù)荷條件下生物柴油和超低硫柴油顆粒物排放相對(duì)較高的揮發(fā)性。

在高負(fù)荷條件下由于較高的缸內(nèi)燃燒溫度，未燃的碳?xì)浼皾?rùn)滑油成分對(duì)顆粒物揮發(fā)性的貢獻(xiàn)很少，而較高的燃燒溫度，促進(jìn)了燃料中的硫成分向硫酸或者硫酸鹽的轉(zhuǎn)化過(guò)程，因此在高負(fù)荷條件下，硫酸或者硫酸鹽是揮發(fā)性顆粒物重要組成部分。由于相對(duì)較高的硫含量，這一揮發(fā)性顆粒物的形成機(jī)理在燃用相對(duì)較高含硫量的柴油時(shí)較為明顯。

結(jié)論：

1、燃用生物柴油可有效降低顆粒物數(shù)量、質(zhì)量排放。相對(duì)低硫柴油，生物柴油對(duì)顆粒物的抑制效果體現(xiàn)在全尺寸粒徑范圍內(nèi)，而先對(duì)超低硫柴油，主要體現(xiàn)在大尺寸顆粒物。

2、基于質(zhì)量和數(shù)量測(cè)量的顆粒物揮發(fā)性表明，相對(duì)低硫柴油，燃用生物柴油可在全尺寸范圍內(nèi)有效降低揮發(fā)性顆粒物排放，而相對(duì)超低硫柴油，生物柴油可導(dǎo)致較高的揮發(fā)性物質(zhì)比排放率，并主要集中在小尺寸范圍內(nèi)。

3、對(duì)三種不同燃油所產(chǎn)生的顆粒物排放，其揮發(fā)性物質(zhì)質(zhì)量比例均隨顆粒物粒徑增加呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)，而數(shù)量比例隨遷移粒徑的增加單調(diào)減小。

4、燃用生物柴油可明顯降低顆粒物種PAHs含量，尤其是對(duì)燃燒產(chǎn)生的大分子量PAHs的抑制效果尤為明顯（專業(yè)實(shí)驗(yàn)，只拿到結(jié)果）。

5、基于BaPeq的毒性分析表明，小粒徑顆粒物表現(xiàn)出更強(qiáng)的當(dāng)量毒性，燃用生物柴油可明顯降低顆粒物排放當(dāng)量毒性及當(dāng)量毒性濃度。

隨著測(cè)試技術(shù)不斷進(jìn)去，人們對(duì)機(jī)動(dòng)車顆粒物排放的研究已經(jīng)簡(jiǎn)單的從煙度測(cè)量、質(zhì)量稱重發(fā)展到現(xiàn)在可對(duì)數(shù)量濃度、粒徑分布以及各種相關(guān)理化特性做詳細(xì)分析，包含對(duì)顆粒物形態(tài)、內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)、氧化活性、各種詳細(xì)化學(xué)成分及揮發(fā)性等。通過(guò)對(duì)顆粒物的各種理化特性的分析，有助于更好的研究顆粒物生成機(jī)理，對(duì)人的危害，消除方法，為國(guó)六和未來(lái)國(guó)七相關(guān)政策法規(guī)制定提供參考依據(jù)。為此，國(guó)家生態(tài)環(huán)境局發(fā)文并從2020年1月1日起，對(duì)新增輕型汽油車和其余行業(yè)重型柴油車實(shí)施國(guó)六b排放標(biāo)準(zhǔn)。

截至2017年底，截至2017年底，我國(guó)汽車保有量2.17億輛，柴油車1690.9萬(wàn)輛，保有量?jī)H占7.8%，但柴油貨車排放的氮氧化物占整個(gè)機(jī)動(dòng)車排放量的57.3%左右，排放的顆粒物占整體水平的77.8%，是機(jī)動(dòng)車污染排放的主要貢獻(xiàn)者。

截至2018年底，我國(guó)柴油貨車總量為1818萬(wàn)輛，占汽車保有量的7.9％，氮氧化物排放量卻占總量的57.3％，顆粒物占78％。運(yùn)輸結(jié)構(gòu)不合理、柴油貨車使用強(qiáng)度高、油品質(zhì)量問(wèn)題等是造成這一現(xiàn)象的主要原因。