钟祥麟李伟王建海

（中国汽车技术研究中心）

GDI汽油车PM2.5数量排放研究

钟祥麟李伟王建海

（中国汽车技术研究中心）

利用固体颗粒测量设备MEXA-1000SPCS，对满足京Ⅴ排放标准的欧美日及国产中小排量典型GDI汽油车进行了PM2.5排放测试，并进行冷、热起动对比试验。结果表明，满足京Ⅴ排放标准的GDI汽油车其PM2.5数量排放基本在2.14×1012～5.12×1012区间，数量级为1012；冷起动是GDI汽油车产生PM2.5排放的主要原因；瞬时加速是GDI汽油车产生PM2.5排放的主要工况。

1 前言

相关研究表明，大气中PM2.5的主要排放源是机动车尾气排放，而且相对于PM10排放比重更高，对人体健康危害更大。近年来对机动车颗粒物排放的研究多集中于颗粒物的质量排放，对其数量排放的研究较少[1]。目前，我国的排放法规对颗粒物排放的限制是以质量为衡量标准，从国际趋势来看，欧Ⅴ标准在质量和数量2个方面都加以限制，可以预见颗粒物的数量排放也将是我国推行未来排放法规的一个关注重点。

基于我国乘用车的发展特点，采用GDI技术的汽油车型在市场上的占有率越来越高，由于其PM2.5的排放高于传统的MPI汽油机，所以有必要对其排放特性进行研究。为此，利用HORIBA公司的固体颗粒数测量设备MEXA-1000SPCS，对满足京Ⅴ排放标准的部分GDI汽油车型PM2.5排放数量进行了测试，以获得其排放特性。

2 试验方案

针对PM2.5的主要排放源（机动车），选取占我国市场主流地位的欧系、美系、日系及国产中小排量GDI汽油车作为试验样车。试验样车均采用GDI+增压技术且满足京Ⅴ排放标准，所用燃油为92#汽油。试验在环境仓（德国IMTECH）内进行，由四驱底盘测功机（德国MAHA）提供道路模拟阻力，排放污染物经CVS系统稀释后，由日本HORIBA公司开发的颗粒物计数设备MEXA-1000SPCS实时测量其PM2.5数量。MEXA-1000SPCS符合颗粒物测量计划（Particulate Measurement Program，PMP）的测试规程，此规程为联合国欧洲经济委员会车辆结构工作组（UN/ECE/WP29）和污染与能源工作组（GRPE）联合制定的。MEXA-1000SPCS的颗粒物分割点为2.5 μm，其测量范围为23 nm～2.5 μm。该设备主要由挥发性粒子去除单元（加热稀释器PND1、冷却稀释器PND2、蒸发器）和凝结粒子计数器（CPC）构成，颗粒物采样系统原理如图1[2]所示。试验时，试验样车的排放污染物通过CVS系统进行稀释，然后经过加热稀释器（PND1）、加热蒸发管（ET）、冷却稀释器（PND2）后，再由凝结粒子计数器（CPC）测得PM2.5排放数量。

试验样车按GB18352.3—2005中规定的I型试验方法进行试验，冷起动试验时采用NEDC工况循环[3]，如图2所示。热起动试验时，为保证试验初始状态的一致性，试验样车均先以80 km/h的速度运行10 min后停车，然后再重新点火并采用NEDC工况循环进行热起动试验。试验过程中，利用M EXA-1000SPCS对试验样车的PM2.5排放数量进行采样测量。

3 试验结果分析

3.1 GDI汽油车PM2.5排放数量统计

表1为中小排量GDI汽油车PM2.5排放数量统计结果。由表1可知，GDI汽油车的PM2.5排放数量基本在2.14×1012～5.12×1012内，数量级为1012，与欧Ⅵ排放标准（6×1011）有一定差距。

表1 中小排量GDI汽油车PM2.5排放数量统计结果

3.2 GDI汽油车PM2.5瞬态排放分析

为了明确不同技术路线的GDI汽油车PM2.5排放特性，选取不同系别的2.0LGDI汽油车做进一步对比分析。图3为各系别车型PM2.5排放数量瞬态特征对比曲线。

由图3a可看出，在冷起动阶段，欧系、美系、日系和国产样车的PM2.5排放水平均较高，这是由于此时水温较低，可燃混合气雾化不良造成的。随着水温升高趋于稳定，PM2.5排放逐渐降低趋于稳定。由图3b可看出，当车速接近120 km/h时，PM2.5排放数量升高明显，这与高速大负荷喷油加浓有关。从图3可看出，各车型在加速时刻的PM2.5排放数量出现峰值，说明加速是产生PM2.5的主要工况，瞬态加速阶段混合气偏浓是主要原因。

图4为各系别2.0L GDI汽油车PM2.5排放数量分阶段对比结果。由图4可看出，在NEDC工况循环Ⅱ阶段的PM2.5排放数量明显低于Ⅰ阶段，其中欧系、美系、日系和国产车型分别降低63%、94%、95%和84%。

3.3 GDI汽油车冷、热起动PM2.5排放对比分析

为了研究冷、热起动对GDI汽油车PM2.5排放的影响，选取1台排量为2.0L GDI汽油车进行冷、热起动对比试验，结果如图5所示。

从图5a和图5b可知，在整个NEDC工况循环下，冷起动试验时的PM2.5排放数量普遍高于热起动试验时，热起动时4个市区循环的PM2.5排放变化趋势一致，无明显差异，且市郊工况与市区工况PM2.5排放数量级一致。

图6为冷起动时NEDC工况Ⅰ阶段各运转循环PM2.5排放占比，其中第1运转循环的PM2.5排放量占总排放量的62%，是产生PM2.5排放的主要阶段。随着水温的逐渐升高，其后的3个运转循环的PM2.5排放量占排放总量的比重逐渐减小。

图7 为GDI汽油车分阶段冷、热起动时PM2.5排放数量统计结果。从图7可看出，与冷起动相比，在NEDC工况循环Ⅰ阶段，热起动时的PM2.5排放数量下降78%；在NEDC工况循环Ⅱ阶段，热起动时的PM2.5排放数量下降22%，但绝对值都较低；综合整个运转循环，PM2.5排放数量下降63%。因此，冷起动是产生PM2.5排放的主要原因。

4 结束语

利用MEXA-1000SPCS对满足京Ⅴ排放标准的GDI汽油车进行了PM2.5排放测试，并选取典型车型进行了冷、热起动对比试验，结果表明：

a.满足京Ⅴ排放标准的各系别GDI汽油车的PM2.5数量排放基本在2.14×1012～5.12×1012内，数量级为1012，与欧Ⅵ排放标准有一定差距；

b.冷起动是GDI汽油车产生PM2.5排放的主要原因，热起动比冷起动的PM2.5排放下降63%，说明GDI汽油车PM2.5的形成很大程度受发动机缸内燃烧温度的影响；

c.冷起动与热起动试验时，在整个NEDC循环每一加速阶段PM2.5排放瞬时升高，在每一减速阶段PM2.5排放瞬时降低，与车辆加速时发动机燃烧混合气偏浓、减速时混合气偏稀有关，瞬时加速会造成PM2.5瞬时升高。

1Kokko J，Rantanen L.Reduced particulate emissions with reformulated gasoline//SAE Paper，2000-01-2017.

2Mexa-1000spcs solid particle counting system.Sept.2007 Automotive Test Systems HORIBA，Ltd.

3国家环境保总局.轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国Ⅲ、Ⅳ阶段）.北京：中国环境科学出版社，2005.

（责任编辑文楫）

修改稿收到日期为2013年11月22日。

Research on PM2.5 Emission of GDI Gasoline Vehicle

Zhong Xianglin，Li Wei，Wang Jianhai
（China Automotive Technology and Research Center）

Using solid particle measuring equipment MEXA-1000SPCS to test the overseas GDI gasoline vehicles (from the European，U.S and Japanese automakers)and some typical homemade medium and small-displacement GDI gasoline vehicles which satisfy Beijing V emission standard regarding PM2.5 emission，and the contrast test on the cold and hot starting is also carried out.The results show that currently PM2.5 emission produced by GDI gasoline vehicles which satisfy Beijing V emission standard basically falls in the range of 2.14×1012～5.12×1012，order of magnitude is 1012. Cold start is the main contributor of PM2.5 emissions of GDI gasoline vehicle.Instantaneous acceleration is the main working condition that produces PM2.5 emissions of GDI gasoline vehicle.

GDI gasoline vehicle,PM2.5 emission,Test

GDI汽油车PM2.5排放测试

U467.4+8

：A文献标识码：1000-3703（2014）02-0028-03