江蘇省相城中等專業(yè)學(xué)校 趙 偉

汽油機(jī)是中國(guó)、美國(guó)和日本等國(guó)家乘用車和輕型貨車的主流動(dòng)力。隨著汽車排放法規(guī)加嚴(yán)，汽油機(jī)顆粒物（Particulate Matter，PM）和可揮發(fā)性有機(jī)物（Volatile Organic Compounds，VOCs）排放及在大氣中形成霧霾等問(wèn)題廣受關(guān)注。機(jī)動(dòng)車對(duì)大氣中可入肺顆粒物（PM2.5）的貢獻(xiàn)既包括直接以固態(tài)形式從發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管排放的一次顆粒物，又包括以氣態(tài)形式如SO2、NOx和VOCs等排出在大氣中發(fā)生稀釋冷凝或與大氣中其他物質(zhì)發(fā)生復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)后所生成的二次顆粒物。

1 輕型汽車國(guó)Ⅵ排放法規(guī)簡(jiǎn)介

汽車保有量的不斷增加，其所帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題顯得日益嚴(yán)重，世界范圍內(nèi)都在針對(duì)汽車排放污染制訂越來(lái)越嚴(yán)格的排放法規(guī)。近年來(lái)，我國(guó)機(jī)動(dòng)車污染物排放標(biāo)準(zhǔn)逐步提升，2001年，國(guó)家第一階段機(jī)動(dòng)車排放標(biāo)準(zhǔn)開始實(shí)施，經(jīng)過(guò)15年的發(fā)展，2016年全國(guó)實(shí)施國(guó)家第四階段排放標(biāo)準(zhǔn)，重點(diǎn)區(qū)域?qū)嵤┑谖咫A段排放標(biāo)準(zhǔn)，單車污染物排放降低90%以上，有效促進(jìn)了汽車行業(yè)技術(shù)升級(jí)。為了進(jìn)一步強(qiáng)化機(jī)動(dòng)車污染防治工作，從源頭減少排放，落實(shí)《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十三個(gè)五年規(guī)劃綱要》有關(guān)“實(shí)施國(guó)Ⅵ排放標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)油品標(biāo)準(zhǔn)”的要求，2016年12月23日，環(huán)境保護(hù)部、國(guó)家質(zhì)檢總局發(fā)布了《輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法（中國(guó)第六階段）》（GB 18352.6—2016，以下簡(jiǎn)稱輕型汽車國(guó)Ⅵ排放法規(guī)），自2020年7月1日起實(shí)施，對(duì)輕型汽車排放污染物制定了更為嚴(yán)格的要求。輕型汽車國(guó)Ⅵ排放法規(guī)改變了以往等效轉(zhuǎn)化歐洲排放標(biāo)準(zhǔn)的方式，邀請(qǐng)汽車行業(yè)全程參與編制，充分吸取專家學(xué)者和企業(yè)界的意見(jiàn)和建議，共分析匯總8 600種國(guó)Ⅴ車型排放數(shù)據(jù)，調(diào)查了50萬(wàn)輛輕型汽車行駛里程情況，設(shè)計(jì)開展了驗(yàn)證試驗(yàn)。輕型汽車國(guó)Ⅵ排放法規(guī)的重要意義體現(xiàn)在：一是從以往跟隨歐美機(jī)動(dòng)車排放標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)變?yōu)榇竽憚?chuàng)新，首次實(shí)現(xiàn)引領(lǐng)世界標(biāo)準(zhǔn)制定，有助于我國(guó)汽車企業(yè)參與國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，推動(dòng)我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展；二是在我國(guó)汽車產(chǎn)能過(guò)剩的背景下，可以起到淘汰落后產(chǎn)能、引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的作用；三是能夠滿足重點(diǎn)地區(qū)為加快改善環(huán)境空氣質(zhì)量而加嚴(yán)汽車排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。

輕型汽車國(guó)Ⅵ排放法規(guī)在技術(shù)內(nèi)容上具有6個(gè)突破。一是采用全球統(tǒng)一輕型汽車排放測(cè)試規(guī)程（Worldwide Harmonised Light Vehicle Test Procedure，簡(jiǎn)稱WLTP），全面加嚴(yán)了測(cè)試要求，有效減少了實(shí)驗(yàn)室認(rèn)證排放與實(shí)際使用排放的差距，并且為油耗和排放的協(xié)調(diào)管控奠定基礎(chǔ)；二是引入了實(shí)際行駛排放測(cè)試“RDE測(cè)試”（Real Driving Emissions，簡(jiǎn)稱RDE），改善了車輛在實(shí)際使用狀態(tài)下的排放控制水平，利于監(jiān)管，能夠有效防止實(shí)際排放超標(biāo)的作弊行為；三是采用燃料中立原則，對(duì)柴油車的氮氧化合物（NOx）和汽油車的顆粒物（PM）不再設(shè)立較松限值；四是全面強(qiáng)化對(duì)VOCs的排放控制，引入48 h蒸發(fā)排放試驗(yàn)及加油過(guò)程VOCs排放試驗(yàn)，將蒸發(fā)排放控制水平提高到90%以上；五是完善車輛診斷系統(tǒng)要求，增加永久故障代碼存儲(chǔ)要求及防篡改措施，有效防止車輛在使用過(guò)程中超標(biāo)排放；六是簡(jiǎn)化主管部門進(jìn)行環(huán)保一致性和在用符合性監(jiān)督檢查的規(guī)則和判定方法，使操作更具有可實(shí)施性。為保證汽車行業(yè)有足夠的準(zhǔn)備周期來(lái)進(jìn)行相關(guān)車型和動(dòng)力系統(tǒng)變更升級(jí)及車型開發(fā)和生產(chǎn)準(zhǔn)備，輕型汽車國(guó)Ⅵ排放法規(guī)采用分步實(shí)施的方式，設(shè)置國(guó)Ⅵa和國(guó)Ⅵb兩個(gè)排放限值方案，分別于2020年和2023年實(shí)施。同時(shí)，對(duì)大氣環(huán)境管理有特殊需求的重點(diǎn)區(qū)域可提前實(shí)施國(guó)Ⅵ排放限值。國(guó)家質(zhì)檢總局、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委也已于同期批準(zhǔn)發(fā)布了第六階段車用汽、柴油國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

輕型汽車國(guó)Ⅵ排放法規(guī)對(duì)輕型汽車排放污染物制定了更為嚴(yán)格的要求（表1），由表1我們不難發(fā)現(xiàn)，輕型汽車國(guó)Ⅵ排放法規(guī)要求的排放限值已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于歐Ⅵ排放法規(guī)要求的排放限值。輕型汽車國(guó)Ⅵ排放法規(guī)引入了全球統(tǒng)一輕型汽車排放測(cè)試規(guī)程（WLTP），替代了原有國(guó)Ⅴ排放法規(guī)采用的NEDC（New European Driving Cycle，歐洲循環(huán)工況測(cè)試）排放測(cè)試循環(huán)。WLTP為聯(lián)合國(guó)強(qiáng)制推行的輕型汽車測(cè)試程序，該測(cè)試程序在全世界范圍內(nèi)收集真實(shí)行駛工況數(shù)據(jù)進(jìn)行循環(huán)周期的劃分，根據(jù)功率質(zhì)量比（Power to Mass Ratio，簡(jiǎn)稱PM R）將車輛分為三個(gè)級(jí)別（PM R≤2 2、2 2≤ PMR≤34、PMR>34），并對(duì)應(yīng)最大設(shè)計(jì)車速的6種實(shí)驗(yàn)循環(huán)，包括不同類型的低速、中速、高速、額外高速階段，最終統(tǒng)稱為“WLTP循環(huán)”。此外，在“WLTP循環(huán)”之外，全新的測(cè)試規(guī)程還添加“RDE測(cè)試”，以保證測(cè)試規(guī)程的真實(shí)性。因此，國(guó)Ⅵ排放法規(guī)被稱為史上最嚴(yán)苛的排放法規(guī)。輕型汽車國(guó)Ⅵ排放法規(guī)在對(duì)氣體污染物限值降低了近50%的同時(shí)，還增加了對(duì)顆粒物數(shù)量（Particulate Number，PN）排放的測(cè)試要求，2020 年7月1日以后，所有車型都需要滿足PN在6.0×1011顆/km以下；劣化系數(shù)也引入加法和乘法兩種方式；法規(guī)引入了實(shí)際駕駛循環(huán)排放測(cè)試的要求，排放耐久里程國(guó)Ⅵb增加到20萬(wàn)km；對(duì)OBD（On Board Diagnostics，車載診斷）診斷要求也進(jìn)行了加嚴(yán)。未來(lái)的動(dòng)態(tài)行駛工況和RDE要求會(huì)導(dǎo)致車輛行駛時(shí)頻繁的濃-稀混合氣和稀-濃混合氣轉(zhuǎn)換，因此，要求催化轉(zhuǎn)化器具有較高的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)氧能力（Oxygen Storage Capacity，OSC），以避免排氣稀燃帶來(lái)的氮氧化合物（NOx）的超標(biāo)。最后，為符合現(xiàn)有的車載診斷（OBD）法規(guī)，催化轉(zhuǎn)化器必須在整個(gè)壽命期內(nèi)保持合理的儲(chǔ)氧能力。因此，應(yīng)對(duì)輕型汽車國(guó)Ⅵ排放法規(guī)，對(duì)輕型汽車排氣后處理裝置提出更為苛刻的要求，需要更為可靠的催化轉(zhuǎn)化器滿足排放的所有要求，需要催化轉(zhuǎn)化器在較寬的空燃比窗口內(nèi)氣體污染物有較高的轉(zhuǎn)化效率，同時(shí)催化轉(zhuǎn)化器應(yīng)具有合適的儲(chǔ)氧量滿足OBD診斷的要求及具有合適的排氣背壓以保證燃油經(jīng)濟(jì)性的要求。

表1 輕型汽車國(guó)Ⅴ和國(guó)Ⅵ與歐Ⅴ和歐Ⅵ排放法規(guī)規(guī)定的排放限值對(duì)比

與此同時(shí)，世界各國(guó)的排放法規(guī)都對(duì)乘用車的顆粒物數(shù)量（PN）排放作出要求。美國(guó)聯(lián)邦測(cè)試循環(huán)（FTP）要求2017年輕型車固態(tài)顆粒物數(shù)量（PN）排放限制為3×1012顆/mile；2017年9月歐盟開始執(zhí)行歐Ⅵc階段排放法規(guī)，其中點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)顆粒物數(shù)量（PN）排放限制為6×1011顆/km；2016年12月我國(guó)環(huán)境保護(hù)部發(fā)布并于2020年開始執(zhí)行的《輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法（中國(guó)第六階段）》要求輕型車顆粒物數(shù)量（PN）排放限值為6×1011顆/km。嚴(yán)格的排放法規(guī)給汽車生產(chǎn)商帶來(lái)了巨大的壓力。

2 汽油機(jī)顆粒物排放的特性

汽油機(jī)具有燃燒柔和、振動(dòng)噪聲小、升功率高和結(jié)構(gòu)緊湊等突出優(yōu)點(diǎn)，是乘用車和輕型貨車的主流動(dòng)力。依據(jù)混合氣形成方式不同，汽油機(jī)可分為進(jìn)氣道噴射（Port Fuel Injection，PFI）汽油機(jī)和缸內(nèi)直噴（Gasoline Direction Injection，GDI）汽油機(jī)兩種。由于GDI汽油機(jī)（根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣形成方式可分為壁面引導(dǎo)式、氣流引導(dǎo)式和噴霧引導(dǎo)式三種）具有壓縮比高，熱效率高，可以更靈活地控制燃油與空氣的混合等優(yōu)點(diǎn)，使得其燃油經(jīng)濟(jì)性較PFI汽油機(jī)得到較大提高，同時(shí)對(duì)冷起動(dòng)排放也有很大改善，目前已成為輕型車主流動(dòng)力裝置，在世界范圍內(nèi)得到推廣應(yīng)用。渦輪增壓缸內(nèi)直噴汽油機(jī)（Turbo Gasoline Direction Injection，TGDI）與傳統(tǒng)的PFI汽油機(jī)相比具有更高的效率及更好的響應(yīng)性，已經(jīng)成為汽油發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的必然趨勢(shì)。但GDI汽油機(jī)仍有諸多問(wèn)題需要解決，GDI汽油機(jī)相比PFI汽油機(jī)而言，由于GDI汽油機(jī)的燃料直接噴入缸內(nèi)，缸內(nèi)混合氣形成時(shí)間較短，混合氣形成不均勻，容易造成局部混合氣較濃及燃油濕壁現(xiàn)象，其一次顆粒物排放會(huì)顯著上升，顆粒物排放明顯高于傳統(tǒng)汽油機(jī)，由圖1可知，相比壓縮天然氣（Compressed Natural Gas，CNG）發(fā)動(dòng)機(jī)、PFI汽油機(jī)及加裝顆粒捕集器（Diesel Particulate Filter，DPF）的柴油機(jī)，GDI汽油機(jī)具有較高的顆粒物排放，是機(jī)動(dòng)車顆粒物排放的重要來(lái)源之一。但由于GDI燃燒模式與傳統(tǒng)的柴油機(jī)和PFI汽油機(jī)有本質(zhì)區(qū)別，因此，其顆粒物的排放特性必然與傳統(tǒng)的柴油機(jī)和汽油機(jī)有所不同。研究表明，汽油機(jī)排放的一次顆粒物具有以下一些特征。

圖1 不同種類發(fā)動(dòng)機(jī)顆粒物排放對(duì)比（截屏）

（1）GDI汽油機(jī)排放的一次顆粒物數(shù)量濃度要遠(yuǎn)高于多點(diǎn)噴射（MPI）的PFI汽油機(jī)及裝有DPF的柴油機(jī)，但比未安裝DPF的柴油機(jī)低，并且其排放的顆粒粒徑比柴油機(jī)更小，對(duì)人體的危害也更大。從燃油噴射位置上講，GDI汽油機(jī)的燃油在燃燒室內(nèi)噴射，燃油與空氣混合時(shí)間短，混合不均勻程度高，而PFI汽油機(jī)的燃油在進(jìn)氣歧管里噴射（燃燒室外），燃油與空氣混合時(shí)間久，油氣混合均勻，從而導(dǎo)致GDI汽油機(jī)的顆粒物排放較高。從油氣混合時(shí)間上講，GDI汽油機(jī)燃油與空氣混合時(shí)間短，油氣混合不充分，缺氧的燃油會(huì)發(fā)生裂解、脫氫，最后生成炭煙微粒；而PFI汽油機(jī)燃油與空氣混合時(shí)間長(zhǎng)，油氣在點(diǎn)燃之前，混合已經(jīng)比較充分，缺氧的燃油部分少，燃燒充分，生成炭煙微粒相對(duì)較少。從工作熱負(fù)荷來(lái)講，GDI汽油機(jī)較PFI汽油機(jī)熱負(fù)荷大，氣缸蓋、活塞頂?shù)臏囟雀?，油氣燃燒環(huán)境溫度高，高溫高壓環(huán)境致使缺氧燃油更快形成微粒，并且高溫引起燃燒產(chǎn)物加速裂解成一氧化碳（CO）、氫氣（H2）等，嚴(yán)重時(shí)也析出炭粒，同時(shí)過(guò)熱燃燒室表面更容易產(chǎn)生沉淀物，形成微粒。從噴射方式上講，GDI汽油機(jī)不可避免地使得部分燃油噴射在氣缸壁、活塞頂部、氣缸蓋等部分，被潤(rùn)滑油膜吸附，此部分燃油燃燒不充分，另外還有部分燃油噴到狹窄的縫隙中，此狀況面容比較大，容易產(chǎn)生狹隙效應(yīng)，燃燒火焰?zhèn)鞑ナ芟?，?huì)因缺氧產(chǎn)生微粒。而PFI汽油機(jī)則避免了這方面的危害。從燃燒方式來(lái)講，GDI汽油機(jī)的燃油邊擴(kuò)散邊燃燒，當(dāng)然相對(duì)于已經(jīng)油氣混合好的PFI汽油機(jī)噴射方式，同樣會(huì)致使混合不均勻，燃燒不充分，而易產(chǎn)生微粒。

（2）GDI汽油機(jī)缸內(nèi)炭煙的生成主要來(lái)源于燃油濕壁，噴油時(shí)刻與噴油持續(xù)期對(duì)顆粒物排放有重要的影響。對(duì)比均質(zhì)與分層燃燒模式下顆粒物排放，發(fā)現(xiàn)分層燃燒模式顆粒物排放較多，較短的油氣混合時(shí)間，導(dǎo)致缸內(nèi)局部混合氣較濃是其顆粒物生成的主要原因。當(dāng)GDI切換到分層燃燒模式時(shí)，由于混合氣混合的時(shí)間短，缸內(nèi)燃燒模式為擴(kuò)散燃燒，燃料邊混合邊燃燒，就會(huì)出現(xiàn)局部混合不均勻，出現(xiàn)高溫缺氧區(qū)，從而造成顆粒物大量生成。除了擴(kuò)散燃燒方式容易產(chǎn)生積炭外，燃油在噴射過(guò)程中觸碰活塞頂部、氣門或者氣缸壁都會(huì)產(chǎn)生顆粒物排放。

（3）GDI汽油機(jī)炭煙來(lái)源于缸內(nèi)局部濃區(qū)的燃燒、附壁油膜的池火燃燒和結(jié)焦噴油器附近的擴(kuò)散燃燒，其中壁面油膜的池火燃燒是GDI汽油機(jī)生成顆粒物的主要原因，燃油噴射策略和混合氣組織方式對(duì)缸內(nèi)炭煙生成有重要影響。GDI汽油機(jī)的炭煙生成過(guò)程有兩階段：第一階段是預(yù)混火焰在混合氣濃區(qū)傳播時(shí)生成大量炭煙，但是這部分區(qū)域的混合氣迅速與周圍稀薄區(qū)域氣體混合，導(dǎo)致生成的炭煙絕大部分被迅速氧化；第二階段是燃燒后期在油膜蒸發(fā)燃燒的池火中形成大量炭煙，但由于混合氣溫度較低及羥基（OH*）的消失，此階段生成的炭煙很難被氧化。因此，池火燃燒是GDI汽油機(jī)最主要的炭煙來(lái)源。有研究人員對(duì)比了不同GDI汽油機(jī)混合氣形成模式下炭煙的來(lái)源，發(fā)現(xiàn)在均質(zhì)充量模式下，缸內(nèi)炭煙主要是由池火生成的，而在分層充量模式下，炭煙是由混合氣的局部濃區(qū)燃燒和池火共同生成的，壁面油膜的擴(kuò)散燃燒是炭煙的主要來(lái)源。噴油器結(jié)焦會(huì)使噴嘴附近出現(xiàn)缸內(nèi)局部擴(kuò)散燃燒，這會(huì)大幅增加炭煙、碳?xì)浠衔铮℉C）、顆粒物數(shù)量（PN）排放。合理的多次噴射不僅可以減少壁面燃油濕壁量，還可以增加缸內(nèi)混合氣湍動(dòng)能，促進(jìn)燃燒，減少顆粒物排放。

（4）提高燃油噴射壓力，有利于燃油快速霧化，促進(jìn)油氣均勻混合，從而降低顆粒物排放。噴油時(shí)刻對(duì)顆粒物排放有較大影響。提前噴油，顆粒物排放明顯增加，特別是凝態(tài)顆粒物（粒徑在50 nm~1 000 nm，主要來(lái)自燃油嚴(yán)重不完全燃燒形成的炭質(zhì)初生核態(tài)粒子，核態(tài)粒子繼續(xù)集聚成團(tuán)并在表面還吸附了一些半揮發(fā)性物質(zhì)形成了凝聚態(tài)顆粒）排放增加，主要原因在于提早噴油，燃油撞擊活塞頂部，壁面油膜發(fā)生池火燃燒導(dǎo)致顆粒物排放增加。隨著噴油時(shí)刻的提前，由于凝態(tài)顆粒物占比增加，顆粒幾何平均粒徑變大。推遲噴油，顆粒物排放也增加，主要由于較晚的噴油時(shí)刻導(dǎo)致燃油霧化時(shí)間短，燃燒室內(nèi)局部混合氣較濃，造成缸內(nèi)混合氣分層，導(dǎo)致顆粒物排放增加。

（5）在低負(fù)荷、過(guò)渡工況和冷起動(dòng)的情況下，GDI汽油機(jī)的顆粒物排放比傳統(tǒng)的PFI汽油機(jī)增加較多，但要比柴油機(jī)要小若干個(gè)數(shù)量級(jí)。其形成的主要原因可能是局部區(qū)域過(guò)濃的混合氣或類似柴油機(jī)的液態(tài)油滴擴(kuò)散燃燒，并且缸內(nèi)溫度低也造成了顆粒物氧化不完全的現(xiàn)象。

（6）如圖2所示，當(dāng)噴油時(shí)刻為280°CA BTDC，過(guò)量空氣系數(shù)為1時(shí)，對(duì)于不同負(fù)荷，廢氣再循環(huán)（Exhaust Gas Recirculation，EGR）均可降低發(fā)動(dòng)機(jī)顆粒物數(shù)量濃度，其主要原因是EGR降低了缸內(nèi)燃燒溫度，抑制了顆粒物的生成。盡管加入EGR后導(dǎo)致排氣溫度降低，抑制了顆粒物的氧化，但燃燒溫度的降低抑制顆粒物生成占主導(dǎo)作用。由于EGR可以降低燃燒溫度，從而可以有效降低固態(tài)顆粒物排放，但揮發(fā)態(tài)顆粒物排放卻明顯增加，這主要是由于引入廢氣后，HC排放增加，排氣中HC進(jìn)一步冷凝，導(dǎo)致?lián)]發(fā)態(tài)顆粒物排放增加。在小負(fù)荷與中等負(fù)荷下，EGR均可有效降低總顆粒物數(shù)量（PN）濃度，但不同工況下，顆粒物粒徑差異較大，小負(fù)荷下引入EGR后核態(tài)顆粒物（粒徑為5 nm~50 nm的排氣顆粒，核態(tài)顆粒是由缸內(nèi)燃燒過(guò)程形成的未完全燃燒炭核、揮發(fā)性碳?xì)洹⒑蚧衔锛安糠纸饘倩衔锝M成的）較多。由于缸內(nèi)池火燃燒是GDI汽油機(jī)生成顆粒物的主要原因，而引入冷卻廢氣后，池火燃燒溫度的降低直接導(dǎo)致顆粒物生成減少。EGR在不同工況下顆粒物排放差異性較大，小負(fù)荷時(shí)隨著EGR率的增加，核態(tài)顆粒物排放增加較明顯，大負(fù)荷時(shí)隨著EGR率的增加，凝態(tài)顆粒物排放減少。

圖2 不同負(fù)荷下EGR對(duì)總顆粒物數(shù)量（PN）的影響

（7）GDI汽油機(jī)的顆粒物平均當(dāng)量直徑為68 nm～88 nm，比PFI汽油機(jī)的顆粒物直徑要大。

（8）日本石油能源中心等多家機(jī)構(gòu)研究發(fā)現(xiàn)，如圖3所示，直噴火花點(diǎn)燃（DISI）汽油車的顆粒物排放呈對(duì)數(shù)正態(tài)分布，平均粒徑約為85 nm；稀燃DISI汽油機(jī)由于混合氣存在濃區(qū)，其顆粒物數(shù)量（PN）約為化學(xué)計(jì)量比DISI汽油機(jī)的10倍；與多點(diǎn)噴射（MPI）汽油車和DPF柴油車相比，稀燃DISI汽油車的顆粒物數(shù)量有明顯增加。

圖3 不同類型汽油機(jī)顆粒物粒徑分布曲線對(duì)比（截屏）

（9）PFI汽油機(jī)所排放的顆粒物中，核態(tài)顆粒物占了一半左右，而GDI汽油機(jī)與柴油機(jī)的核態(tài)顆粒數(shù)量相對(duì)較少。GDI汽油機(jī)顆粒物排放呈現(xiàn)明顯的正態(tài)雙峰分布，核態(tài)顆粒物基本分布在30 nm以下，峰值在10 nm～20 nm，凝聚態(tài)顆?；痉植荚?0 nm～110 nm，峰值在60 nm～90 nm；PFI汽油機(jī)顆粒物排放主峰大體呈現(xiàn)兩個(gè)，分別表征凝聚態(tài)顆粒與核態(tài)顆粒物，其中凝聚態(tài)顆粒的峰值在125 nm～132 nm，要比GDI發(fā)動(dòng)機(jī)的60 nm～90 nm大很多，而核態(tài)顆粒峰值在10 nm 左右，與GDI汽油機(jī)的10 nm～20 nm相差不大。但GDI汽油機(jī)顆粒物數(shù)量排放因子卻要比PFI汽油機(jī)高109.4倍～197.3倍。

（10）GDI汽油機(jī)排放的顆粒物形貌與柴油機(jī)類似，都是由很多個(gè)小顆粒通過(guò)團(tuán)聚生長(zhǎng)而成，呈現(xiàn)簇狀、枝狀等不規(guī)則形狀。

（11）GDI汽油機(jī)排放的顆粒物可以分為碳質(zhì)顆粒與非碳質(zhì)顆粒兩大類。碳質(zhì)顆粒物可以分為soot 顆粒物與有機(jī)顆粒物（OP）；非碳質(zhì)顆粒物可以分為富硫顆粒（S-rich）、富鐵顆粒（Fe-rich）、混合顆粒（mix P）及灰燼（ASH）顆粒等4類。

（12）GDI汽油機(jī)在分層混合氣下的炭煙排放要比均質(zhì)混合氣條件下的高；GDI汽油機(jī)采用噴霧引導(dǎo)時(shí)要比采用壁面引導(dǎo)的顆粒物排放低（在冷起動(dòng)時(shí)尤為明顯），同PFI汽油機(jī)相近；而噴霧引導(dǎo)的GDI汽油機(jī)在分層模式運(yùn)行時(shí)顆粒物數(shù)量（PN）排放明顯上升。

（13）GDI汽油機(jī)在滿負(fù)荷工況下，顆粒物排放大幅增加，隨著過(guò)量空氣系數(shù)的增加和點(diǎn)火時(shí)刻的推遲，顆粒物排放呈減少趨勢(shì)。

（14）在低轉(zhuǎn)速、小負(fù)荷時(shí)，內(nèi)部EGR比外部EGR降低顆粒物排放更有效。EGR會(huì)使可溶性顆粒物的數(shù)量排放上升，這與EGR的稀釋冷卻有關(guān)。EGR會(huì)使得GDI汽油機(jī)的凝聚態(tài)顆粒物排放下降，但核態(tài)顆粒物的排放上升。

（15）在低轉(zhuǎn)速時(shí)，三元催化轉(zhuǎn)化器（TWC）對(duì)小粒徑顆粒物的去除效果比較明顯，但隨著轉(zhuǎn)速上升，降低幅度明顯下降。TWC后的顆粒物幾何平均直徑明顯大于TWC前的。GDI汽油機(jī)在冷起動(dòng)時(shí)，98%左右顆粒物的粒徑在25 nm以下，冷起動(dòng)時(shí)TWC前的顆粒物數(shù)量（PN）要比TWC后的高3個(gè)數(shù)量級(jí)；發(fā)動(dòng)機(jī)在低速、低負(fù)荷下熱機(jī)結(jié)束后，TWC達(dá)到了起燃溫度，顆粒物在經(jīng)過(guò)TWC后顆粒物數(shù)量（PN）會(huì)降低98%以上，而對(duì)于顆粒物的減少主要是由于TWC的氧化作用，還是由于系統(tǒng)的稀釋冷凝，尚有待進(jìn)一步的研究探索。TWC后的核態(tài)顆粒峰值要明顯低于TWC前的，并且混合氣越濃（100%負(fù)荷），核態(tài)顆粒物峰值降幅越大，原因是核態(tài)顆粒物主要由可揮發(fā)的未燃碳?xì)淠Y(jié)而成，TWC對(duì)降低未燃碳?xì)錆舛刃Ч黠@。

（16）高揮發(fā)性的燃油在減少顆粒物排放方面有更好的表現(xiàn)，因?yàn)閾]發(fā)性高的燃油能夠快速霧化蒸發(fā)，減少缸內(nèi)濃區(qū)的形成。汽油中摻混乙醇后能夠明顯減少顆粒物排放，一方面乙醇具有較高的揮發(fā)性，燃油霧化蒸發(fā)快，混合氣形成更均勻；另一方面，乙醇自身含氧，比燃燒純汽油更加充分完全。

（17）渦輪增壓缸內(nèi)直噴汽油機(jī)（TGDI）與傳統(tǒng)的氣道多點(diǎn)噴射汽油機(jī)相比具有更高的效率及更好的響應(yīng)性，已經(jīng)成為汽油發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的必然趨勢(shì)。但噴油方式的改變以及油氣混合氣形成的時(shí)間較短導(dǎo)致了顆粒物排放明顯高于傳統(tǒng)汽油機(jī)。

就現(xiàn)有的發(fā)動(dòng)機(jī)PN排放摸底情況的統(tǒng)計(jì)資料來(lái)看，滿足國(guó)Ⅴ排放法規(guī)的MPI汽油機(jī)的PN排放水平在3×1011顆/km~9×1011顆/km，GDI汽油機(jī)PN排放水平在5×1011顆/km~3×1012顆/km，部分PFI汽油機(jī)的PN排放水平在3×1011顆/km~3.5×1012顆/km。

顆粒物排放是個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過(guò)程，主要由炭煙、來(lái)源于燃燒和機(jī)油的可溶性有機(jī)物、燃燒中硫（S）燃燒后生成的硫酸鹽及添加劑組成。發(fā)動(dòng)機(jī)中顆粒物的排放主要是由于空氣與燃油混合不均勻?qū)е氯紵煌耆?，在高溫缺氧的條件下氧化裂解而形成。影響顆粒物排放的主要因素包括以下幾方面：整車（駕駛技術(shù)、行駛阻力、換擋及行駛工況）、發(fā)動(dòng)機(jī)（燃燒系統(tǒng)、標(biāo)定控制策略、燃油組分潤(rùn)滑油及冷卻系統(tǒng)）。