在用汽油和柴油车排放颗粒物的粒径分布特征实测

分别选取国3～国5轻型汽油车9辆和重型柴油车15辆采用实验室底盘测功机和全流稀释定容采样系统(CVS)开展了汽柴油车尾气颗粒物排放因子实测和粒径分布比较,分析并比较了行驶工况和排放控制水平对汽柴油车尾气颗粒物排放因子和粒径分布的影响.结果表明,轻型汽油车和重型柴油车的颗粒数量单位燃料平均排放因子分别为(4.1±4.0)×10~(14) kg~(-1)和(5.7±4.3)×10~(15) kg~(-1),重型柴油车颗粒数量排放因子是轻型汽油车的(14±7)倍.轻型汽油车超高速工况下颗粒物数量排放因子显著高于其他工况,颗粒数排放因子达到(5.1±5.0)×10~(13) km~(-1),分别是低速、中速和中速工况的11.7、 14.1和7.3倍,重型柴油车高速工况颗粒数排放因子分别是低速和中速工况的2.5倍和1.4倍,且增长的颗粒物主要为核模态颗粒.国3～国5排放控制水平下汽油车颗粒物数量排放因子分别为(2.7±1.7)×10~(13)、(2.6±1.3)×10~(13)和(1.6±1.2)×10~(13) km~(-1),重型柴油车颗粒物数量排放因子分别为(2.2±1.2)×10~(15)、 2.0×10~(15)和(7.1±2.1)×10~(14) km~(-1),随着排放控制水平的提升,轻型汽油车和重型柴油车颗粒数排放控制总体上均呈现较好地下降趋势,但柴油车排放粒径110nm以上颗粒物随排放标准的提升未有改善,虽然柴油车粒径110 nm以上的数量排放因子相对较低,但其对环境的危害不容忽视,应当引起必要的关注.     

汽车排放超细微粒数浓度及粒径谱特征的实验研究

采用快速迁移率粒径谱仪(fast mobility particle sizer,FMPS)结合汽车尾气分析仪对3辆不同型号汽车排放超细颗粒数浓度进行测量,分析了空载情况不同转速下排气管附近超细颗粒数浓度及粒径谱特征.结果表明,在怠速800 r·min-1情况下,汽车排放的颗粒数浓度最低,随着空载转速的增加颗粒数浓度呈增高趋势.尾气颗粒以核模态和爱根核模态为主,峰值粒径集中在10 nm和50 nm.汽车加速过程排放颗粒数浓度有明显的急剧升高过程,在车速稳定后颗粒物浓度趋于稳定.在排气管尾部轴向距离0.4 m范围内颗粒稀释后数浓度衰减迅速,在0.4~1 m范围稀释不明显,均大于背景浓度.空载情况下随发动机转速增加,汽车排放尾气CO、HC和NO浓度呈减少趋势,与颗粒物数浓度排放趋势相反.     

缸内直喷汽油机排放PM_(2.5)的理化特征及影响因素

通过发动机台架实验研究了发动机的转速、负荷对缸内直喷(GDI)汽油机排放PM_(2.5)的排放水平、化学组成及颗粒物数浓度等的影响.结果表明:GDI汽油机排放PM_(2.5),OC,EC的排放因子分别为(49.8±28.2),(21.6±6.9),(11.4±10.8)mg/kg.低转速时,PM_(2.5)排放量随着负荷的增加先减少后增加,中、高转速时随着负荷的增加逐渐增加.碳质气溶胶是GDI汽油机排放的PM_(2.5)的主要组成成分,有机物(OM)和元素碳(EC)分别占PM_(2.5)的45.6%~70.6%和7.9%~42.7%.PM_(2.5)数浓度呈核态(10nmDp30nm)和积聚态(30nmDp200nm)的双峰分布,数浓度排放量比进气道喷射(PFI)汽油机高2个数量级,不同转速下积聚态颗粒数浓度随着负荷的增加而增加.     

柴油/CNG公交车排放颗粒物粒径分布特征隧道实测研究

对澳洲某公路隧道中段和名义入口段进行连续4d的超细颗粒物实测,通过数据分析发现隧道内柴油公交车和CNG公交车混合排放的颗粒物日平均粒径呈双峰模态分布.采用多元回归法分别计算柴油公交车和CNG公交车颗粒物数浓度粒径谱排放因子,发现柴油车/CNG颗粒物排放分别呈积聚态单峰分布和核模态单峰分布.对隧道内机动车颗粒物排放每30min平均粒径分布进行核模态和积聚模态的对数正态分布曲线拟合分解,90组粒径分布叠加拟合曲线与实测结果的拟合度为0.972～0.998.采用髭须图对柴油车和CNG车颗粒物排放特征做统计分析发现,柴油公交车颗粒物排放呈积聚模态下的对数正态分布,其峰值粒径74.5～86.5nm,该对数正态分布的几何标准差1.88～2.05.CNG公交车呈核模态的对数正态分布,峰值粒径19.9～22.9nm,几何标准差为1.27～1.3.     

煤燃烧超细颗粒物的粒径分布及数浓度排放特征试验

利用快速迁移率粒径谱仪(fast mobility particle sizer,FMPS)对煤燃烧排放的超细颗粒物粒径分布特征进行测量研究,并对单位质量煤粉燃烧产生的超细颗粒物数量排放因子进行分析.结果表明,煤燃烧超细颗粒物数浓度粒径谱呈对数双峰分布,颗粒几何平均粒径(the geometry mean diameter,GMD)约为23.1 nm.在燃烧阶段,煤燃烧超细颗粒物数浓度随时间呈指数增长,各模态颗粒物数浓度与煤粉量呈线性相关关系,单位质量煤粉燃烧产生的核模态颗粒物数量排放因子为(1.50±0.64)×1010个·mg-1,爱根核模态颗粒为(1.18±0.56)×1010个·mg-1,积聚模态颗粒物为(0.19±0.06)×1010个·mg-1,总颗粒物为(2.87±1.09)×1010个·mg-1.在扩散过程中,颗粒粒径随时间呈线性增长,粒径增长速率与煤粉量呈线性相关关系.单位质量煤粉燃烧排放的颗粒粒径平均增长速率为7.5 nm·h-1·mg-1.     

MMT对GDI、PFI汽油机微粒排放的影响

为研究MMT对GDI、PFI汽油机微粒排放数量浓度以及质量浓度的影响,利用DMS500快速型微粒光谱仪,对一台增压缸内直喷(GDI)汽油机和一台自然吸气式气道喷射(PFI)汽油机燃用基础油以及在基础油中添加有机锰(MMT)的燃油的微粒排放特性进行了试验研究.结果表明:MMT的添加均会增加GDI、PFI汽油机的微粒排放,燃用不同含Mn量的燃油,各负荷下GDI汽油机的微粒数量浓度均明显高于PFI汽油机.中小负荷下GDI、PFI汽油机微粒排放数量浓度以及质量浓度均随着Mn含量的增加而上升.大负荷下,PFI汽油机微粒数量浓度随着Mn含量的增加而上升,但GDI汽油机则是在燃用不含Mn的燃油时微粒数量浓度最低,而后随着燃油中Mn含量的增加,超细微粒数量浓度的峰值反而逐步降低.GDI、PFI汽油机核模态与积聚模态微粒数量变化的规律相似.     

济南市冬季大气颗粒物粒径谱分布特征

2015年2月,采用扫描电迁移率粒径谱仪(SMPS)和空气动力学粒径谱仪(APS)对济南市冬季大气中粒径为14. 6 nm～10μm的颗粒物粒径谱的分布进行连续监测和分析研究。结果表明:济南市冬季大气颗粒物数浓度较高,平均为47472个/cm~3。各模态对颗粒物数浓度、表面积浓度和体积浓度的贡献表明,济南市冬季大气颗粒物偏细,积聚模态粒子是可吸入颗粒物(PM_(10))的主要组成部分。数浓度谱日变化特征表明,济南市冬季大气颗粒物污染主要受道路交通源排放和新粒子生成转化的影响。春节期间,烟花爆竹的燃放会导致大气颗粒物数浓度和质量浓度明显升高,烟花爆竹燃放对颗粒物数浓度的影响主要由爱根核模态和积聚模态共同作用形成。     

杭州灰霾天气超细颗粒浓度分布特征

利用快速迁移率粒径谱仪(FMPS)对杭州2013年12月6～11日连续灰霾天气和灰霾消退过程超细颗粒进行监测,分析颗粒物浓度变化和粒径谱分布特征及其与气象的相关性.结果表明,颗粒物日变化特征为夜晚数浓度较高,凌晨数浓度开始降低,08:00和18:00上下班高峰期出现一个小峰值,体现出明显的交通源峰值,表明交通排放对大气污染影响较大.灰霾天气下颗粒物最高数浓度达到8.0×104cm-3.粒径谱呈双峰分布,峰值粒径分别为15 nm和100 nm,粒径在100 nm附近的粒子占大多数,粒子以爱根核模态和积聚模态为主,平均数量中位径CMD(count medium diameter)为85.89 nm.而在灰霾消退过程,颗粒物数浓度降低,峰值粒径向小粒径演变,粒径在100 nm附近的粒子逐渐减少,核模态粒子增多,大于积聚模态,平均CMD为58.64 nm.气象因素中能见度和风力与数浓度主要呈负相关,相关系数R分别为-0.225和-0.229,相对湿度与数浓度正相关,相关系数R为0.271,冬季大气比较稳定,水平温度与数浓度的相关性较小.研究灰霾天气数浓度分布和气象因素的综合影响对其形成机制及控制有重要意义.     

轻型汽油车尾气OC和EC排放因子实测研究

选取27辆国3~国5轻型汽油车采用实验室底盘测功机和全流稀释定容采样系统(CVS)开展了尾气颗粒物中有机碳(OC)和无机碳(EC)组分的排放因子实测,分析了启动条件、行驶工况和喷油方式对轻型汽油车OC和EC排放的影响.结果表明,国3~国5轻型汽油车OC平均排放因子分别为(2.09±1.03)、(1.59±0.78)和(0.75±0.31)mg·km-1,EC平均排放因子分别为(1.98±1.42)、(1.57±1.80)和(0.65±0.49)mg·km-1,二者均随排放标准的提升呈显著下降趋势,OC/EC值分别为1.54±0.92、1.53±0.91以及1.47±0.66.OC1、OC2以及EC1和EC2是轻型汽油车排放的最主要碳质组分,分别占15.0%、20.6%、22.2%和21.7%.冷启动条件下轻型汽油车OC和EC排放约为热启动的1.4和1.8倍;高速工况下轻型汽油车OC和EC排放因子约为城区工况的2倍和4倍;缸内直喷(GDI)发动机的OC排放因子与进气道喷射(PFI)发动机接近,但EC排放因子约是后者的1.7倍,随着我国轻型汽油车中GDI发动机日渐普及,其EC排放应当引起密切关注.     

杭州市春季大气超细颗粒物粒径谱分布特征

2012年3~5月,采用快速迁移率粒径谱仪(fast mobility particle sizer,FMPS)对杭州市大气超细颗粒物数浓度进行了连续监测和分析研究.结果表明,核模态(5.6~20 nm)、爱根核模态(20~100 nm)、积聚模态(100~560 nm)以及总颗粒物(5.6~560 nm)日均数浓度值分别为0.84×104、1.08×104、0.47×104和2.38×104cm-3.晴天天气下,爱根核模态颗粒物浓度较高,且可观测到核模态和爱根核模态颗粒在早上10:00~11:00开始增加,3~4 h后结束,这说明太阳照射强度促进了新粒子形成.在工作日与周末,人为活动因素使各模态颗粒物浓度分布有明显差异.结合天气因素分析可知,风速和风向也直接影响颗粒物浓度;颗粒物浓度与能见度分析结果表明:杭州地区大气能见度的高低受核模态和爱根核模态的颗粒影响较小,与积聚模态颗粒物浓度呈负相关关系.     

不同燃料汽车排放超细微粒特性的实验研究

利用底盘测功机和粒径范围0.015~0.7 m的扫描迁移微粒测定仪 SMPS,对柴油出租车、柴油小巴车、汽油私家车和LPG出租车进行了高低怠速和10 kmh-1到70 kmh-1不同运行工况条件下排放的超细微粒粒径分布试验研究。研究表明：不同燃料车在不同工况条件下排放的细微粒尤其是超细微粒特征呈现显著的不同。柴油车贡献更多的是粒径在30～150 nm的核模态和积聚模态微粒,LPG和汽油车贡献更多的是15～30 nm的核模态微粒。总体上,柴油车比汽油车和LPG燃料车排放更多的微粒数和微粒质量;柴油车、汽油车和LPG车排放的SMPS可测细微粒总数、总质量分别约为(0.3~3.6) 108 cm-3,0.03~0.6 gcm-3;2.3×104~1.2×107 cm-3,8×10-5~0.1 gcm-3; 8.2×103~8.8×106 cm-3, 1.7×10-5~0.09 gcm-3;对所有测试汽车,在低怠速和低行驶速度时,排放微粒数少,在高怠速和高行驶速度时,排放微粒数多。     

怠速起停对汽油车油耗及颗粒数量排放的影响

以一辆配置怠速起停系统的国V缸内直喷汽油车为研究对象,使用底盘测功机试验系统、全流稀释采样系统和固态颗粒计数系统,试验研究怠速起停对缸内直喷汽油车油耗与颗粒数量排放的影响,并分析起动温度、试验循环等因素的影响.结果表明,NEDC循环车辆冷机起动时,车辆怠速起停系统开启的百公里油耗降低了5.1%,颗粒数量排放升高了16.7%;车辆热机起动,怠速起停开启产生的百公里油耗降幅增大到7.3%,颗粒数量排放升幅减小至9.3%;WLTC循环热机起动,车辆怠速起停系统开启的百公里油耗降幅减少到1.7%,颗粒数量排放升幅减少到6.2%.怠速起停有利于降低汽车的百公里油耗,但不利于缸内直喷汽油车颗粒数量排放的控制.     

缸内直喷汽油车颗粒物数量及可溶性有机组分排放特性

以一辆国V排放缸内直喷汽油车为研究对象,试验研究了NEDC、FTP-75和WLTC对该车颗粒物质量、23nm~2.5μm固态颗粒物数量、5.6~560nm超细颗粒数量及粒径分布、颗粒物有机组分的影响.结果表明：NEDC、FTP-75、WLTC颗粒粒径分布基本相同,均呈对数双峰分布,在9nm和60nm两个粒径处出现峰值;5.6~23nm颗粒物数量排放占5.6~560nm颗粒物数量的43.1%~57.7%;与NEDC比较,加减速比例高、瞬态性强的FTP-75、WLTC循环的颗粒物质量、23nm~2.5μm固态颗粒数量、5.6~560nm颗粒数量排放增大;缸内直喷汽油车的颗粒物可溶性有机物组分占颗粒物的20.5%~27.9%,可溶性有机物主要为C16和C18的脂肪酸、C20~C29烷径和5环以上的高分子量多环芳烃,测试循环对颗粒SOF排放及组分产生影响,瞬态性强的FTP-75、WLTC的PAHs比例增加.     

醇类汽油混合燃料EGR氛围下颗粒物排放特性研究

在一台缸内直喷(GDI)汽油机上,研究了部分负荷工况下引入EGR和添加醇类燃料对发动机颗粒物数量浓度和体积浓度排放特性的影响.实验结果表明,对于汽油、E20(乙醇在混合燃料中的体积比例为20%)、Bu20(正丁醇在混合燃料中的体积比例为20%)3种燃料而言,随着EGR率从0增加到20%,核态颗粒物数量浓度最大升幅为31.6%、110.0%、55.0%,积聚态颗粒物数量浓度最高降幅分别达21.9%、29.2%、40.9%,体积浓度最高降幅分别达45.0%、55.0%、36.6%.在EGR率为0工况下,相对于汽油燃料,E20与Bu20燃料核态颗粒物排放数量浓度降幅分别达82.4%、64.9%,积聚态颗粒物排放数量浓度降幅分别达77.0%、56.0%,体积浓度降幅分别达78.4%、52.0%,在降低颗粒物排放方面,乙醇要优于正丁醇.     

MMT对汽油机催化前后微粒排放的影响

在一台自然吸气式PFI汽油机上,开展了甲基环戊二烯三羰基锰(MMT)汽油添加剂对发动机催化前后微粒数量浓度分布、粒径分布和质量浓度分布影响的试验,并研究了不同MMT含量对催化器催化效率的影响.结果表明,随着汽油添加剂MMT含量的增加,催化前后核态和积聚态的数量浓度均增加,MMT含量为12.5 mg·L-1和17.5 mg·L-1的燃油增加显著,相对于超细微粒,经催化器后细微粒和大微粒降幅比较明显.催化前后核膜态峰值粒径基本不变,催化后的积聚态峰值粒径明显大于催化前.随着MMT含量的增加,催化后积聚态峰值粒径向催化前移动.相比于基础油,随着MMT含量的增加,催化器对总数量浓度的催化效率有所降低,但MMT的增加大幅度提高了催化器对微粒总质量浓度的催化效率.     

不同品质燃油对公交车道路颗粒排放特征的影响

以国Ⅳ排放柴油公交车为样车,研究了3种燃油公交车的颗粒数量排放特性. 3种燃油分别为纯柴油、B20燃油〔V(生物柴油)∶V(纯柴油)=2∶8〕和G20燃油〔V(天然气制油)∶V(纯柴油)=2∶8〕. 结果表明:公交车燃用3种燃油的排气颗粒数量随粒径变化均呈双峰对数分布,其中核态颗粒数量峰值粒径均为10.8 nm;聚集态颗粒数量峰值粒径则因燃料差异而不同,其中纯柴油、B20燃油和G20燃油分别为80.6、69.8和60.4 nm. 对于不同类型道路,在公交车燃用纯柴油时,其快速路下的排气颗粒数量(7.35×1015 km-1)最低,分别比主干道和次干道低47.7%和55.1%. 对于不同品质燃油而言,在全程测试线路内,燃用G20燃油的公交车排气颗粒总数量(6.92×1015 km-1)最低,较纯柴油和B20燃油分别降低了42.5%和32.4%. 其中,G20燃油排气中核态颗粒数量为1.81×1015 km-1,较纯柴油和B20燃油分别降低了3.1%和15.4%,而聚集态颗粒数量则分别降低了49.7%和37.0%. 表明公交车燃用天然气制油可有效降低颗粒排放.      

Diurnal variation of number concentration and size distribution of ultrafine particles in the urban atmosphere of Beijing in winter

Number concentration and distribution of airborne particles in the size range 5.6 to 560 um diameter were measured in Beijing for a 15-d period in winter 2005.Daily average number concentrations of nucleation mode(5.6-20 nm),Aitken mode(20-100 nm), and accumulation mode(100-560 nm)particles,and total particles were 17500,32000,4000,and 53500 cm~(-3),respectively.Average particle size distribution was monomodal with a mode diameter of about 40 um at night and bimodal with mode diameters of about 10 and about 40 nm during the daytime.New particle formation events,which were connected to diurnal variation of nucleation mode particles,were observed in more than half of the observation days.The events often started around 10:00-11:00 Chinese Standard Time (CST)and ended up after 3-4 h.Concentrations of Aitken and accumulation mode particles increased from midnight and reached their maxima at about 10:00 CST,and then decreased and became the lowest in the afternoon.Analysis of diurnal cycles in traffic volume and meteorological parameters revealed that the accumulation of the particles in Aitken and accumulation modes in the morning was influenced by formation of an inversion and increase in vehicle emission,and dispersion of such particles in the afternoon was associated with more effective vertical mixing and higher wind speed.     

汽油车技术发展对尾气排放影响研究进展

近年来,汽油车尾气排放已成为城市大气污染的主要来源之一.为减少油耗、温室气体和大气污染物的排放,汽油直喷技术(GDI)、醇类燃料替代以及混合动力系统等新兴技术被应用到汽车产品中,该研究对GDI发动机汽车、醇类燃料车和混合动力车的颗粒物(PM)、氮氧化物(NO_x)、总碳氢化合物(THC)的排放研究进行梳理和总结,综合评估先进动力技术和醇类燃料的环境影响.结果表明:GDI汽油车的PM排放因子为进气道喷射(PFI)汽油车的1.2~5倍,加装汽油颗粒物捕集器(GPF)后GDI汽油车的PM排放大幅下降,同时具备催化能力的GPF可减少NO_x和THC排放.与汽油车相比,乙醇燃料车PM排放量减少了35%~56%,尾气THC排放减少了10%~44%,但挥发性有机物(VOCs)蒸发排放增加了20%~41%,其主要来自于日呼吸损失.各类型车辆的NO_x排放差异较小,比较结果存在一定的不确定性.混合动力车相比传统内燃机汽车污染物减排优势明显,可积极推广其在公共交通和私家车队中的应用.建议今后研究应着重关注以下几个方面:①GDI和混合动力车在实际条件下排放污染物的环境影响;②醇类燃料车VOCs蒸发排放控制技术及相关法规标准的完善;③新兴技术汽油车排放污染物的生成机理及其影响因素.