柴油车颗粒物排放等级测试

技术概述

柴油车颗粒物排放等级测试是现代机动车环保检测中的核心环节，对于控制大气污染、改善空气质量具有重要意义。随着我国环保法规的日益严格，柴油车作为重要的交通运输工具，其排放性能受到高度关注。颗粒物（PM）作为柴油车排放的主要污染物之一，不仅对环境造成严重影响，还直接威胁人体健康，因此开展科学、规范的颗粒物排放等级测试显得尤为必要。

柴油车排放的颗粒物主要来源于燃料不完全燃烧过程中产生的碳烟、硫酸盐以及可溶性有机物等。这些颗粒物的粒径分布广泛，其中细颗粒物（PM2.5）和超细颗粒物能够深入人体呼吸系统，造成严重的健康危害。为了有效控制柴油车颗粒物排放，我国参照国际先进标准，逐步建立了完善的排放法规体系，从国III阶段到目前的国VI阶段，颗粒物排放限值不断收紧，测试方法也日趋科学和严谨。

颗粒物排放等级测试的目的是通过标准化的测试程序，准确测定柴油车在规定工况下排放的颗粒物质量或数量，并据此判定其是否符合相应排放标准的要求。测试结果不仅用于车辆型式核准和生产一致性检查，还为在用车辆的环保监管提供重要技术依据。通过严格的测试和监管，可以有效促进柴油车生产企业改进发动机燃烧技术和后处理系统设计，从源头上减少颗粒物排放。

从技术发展角度看，柴油车颗粒物排放测试技术经历了从简单的滤纸称重法到先进的粒子数量（PN）检测法的演变过程。随着排放标准的升级，测试设备和技术手段也在不断更新，以满足更低排放限值的检测需求。目前，我国已全面采用世界协调的轻型车辆测试循环（WLTC）和重型发动机测试循环（WHTC/WHSC），测试结果的科学性和可比性显著提升。

检测样品

柴油车颗粒物排放等级测试的检测样品主要包括以下几类，根据测试目的和法规要求的不同，可选择相应的检测对象：

• 轻型柴油车辆：指最大总质量不超过3500kg的M1类、M2类和N1类柴油车辆，包括柴油乘用车、轻型柴油货车等。此类车辆通常在底盘测功机上进行整车排放测试，测试样品为完整车辆。
• 重型柴油车辆：指最大总质量超过3500kg的M3类、N2类和N3类柴油车辆，包括重型柴油货车、大型客车等。此类车辆可选择整车底盘测功机测试或发动机台架测试两种方式。
• 柴油发动机：用于重型车辆、非道路移动机械、船舶等设备的柴油发动机，可在发动机台架上进行排放测试。发动机测试需要按照规定的测试循环运行，采集并分析排气中的颗粒物。
• 非道路柴油机械：包括工程机械、农业机械、发电机组等使用柴油机动力源的非道路移动机械。此类设备的排放测试需按照非道路移动机械排放标准执行。

在进行检测样品准备时，需确保样品处于正常工作状态。对于整车测试，车辆的里程累积、维护保养状态、轮胎气压、润滑油品质等均应符合测试规程要求。对于发动机测试，发动机的各系统参数应调整至技术说明书规定的正常范围。测试前，样品应按照规定程序进行预处理，包括怠速热机、运行循环预运行等，以确保测试结果的稳定性和重复性。

样品的代表性和一致性是保证测试结果准确性的重要前提。在型式核准测试中，应选择生产企业申报的代表性车型或发动机作为测试样品；在生产一致性检查中，应从生产线下线的合格产品中随机抽取测试样品；在用车辆检测时，应对车辆进行必要的维护保养，排除因故障导致的排放异常情况。

检测项目

柴油车颗粒物排放等级测试涉及多个检测项目，根据排放标准和测试目的的不同，检测项目的具体内容和要求有所差异。以下是主要的检测项目介绍：

• 颗粒物质量（PM）：通过滤纸采样称重法测定排气中颗粒物的总质量，是传统且成熟的检测项目。测试时使用特定规格的滤纸采集排气中的颗粒物，通过精密天平称量滤纸采样前后的质量差，计算得到颗粒物质量排放量。PM测试结果以mg/km或mg/kWh表示。
• 粒子数量（PN）：通过凝核粒子计数器（CPC）测定排气中固态粒子的总数量，是国VI阶段新增的检测项目。PN检测能够更准确地反映超细颗粒物的排放水平，对先进后处理技术的效果评价具有重要意义。测试结果以个/km表示。
• 粒子尺寸分布：通过电迁移率粒径谱仪等设备测定排气中颗粒物的粒径分布特征，了解不同粒径范围颗粒物的排放水平。粒径分布数据对于深入研究颗粒物生成机理和优化后处理系统具有重要参考价值。
• 颗粒物组分分析：对采集的颗粒物样品进行化学组分分析，包括元素碳（EC）、有机碳（OC）、硫酸盐、硝酸盐等组分的定量分析。组分分析有助于追溯颗粒物来源，评价不同减排技术的效果。

在进行上述检测项目的同时，还需要同步监测相关运行参数，包括发动机转速、扭矩、排气温度、排气背压、环境温度、大气压力、相对湿度等。这些参数的准确记录是计算排放结果、判定测试有效性的重要依据。

检测项目的选择应根据法规要求和测试目的确定。对于轻型柴油车国VI型式核准测试，必须同时进行PM和PN两项检测；对于重型柴油发动机，需按照相应排放标准规定的检测项目执行。测试过程中，各项检测项目应严格按照标准方法操作，确保测试数据的准确性和可比性。

检测方法

柴油车颗粒物排放等级测试采用标准化的检测方法，以确保测试结果的科学性、准确性和可比性。根据测试对象和法规要求的不同，检测方法可分为以下几类：

一、整车底盘测功机测试法

整车底盘测功机测试法主要适用于轻型柴油车辆。测试时，车辆置于底盘测功机上，通过测功机模拟车辆在道路行驶时的阻力负载。驾驶员或自动驾驶机器人按照规定的驾驶循环操作车辆，排气通过全流稀释通道采样系统进行颗粒物采集。

测试循环方面，我国已采用世界协调的轻型车辆测试循环（WLTC）替代原有的NEDC循环。WLTC循环包含低速、中速、高速和超高速四个阶段，更能反映实际道路驾驶工况。测试分为冷启动和热启动两种条件，最终排放结果按照规定的加权系数计算。

二、发动机台架测试法

发动机台架测试法主要适用于重型柴油发动机和非道路柴油机。测试时，发动机与测功机连接，按照规定的测试循环运行。重型柴油发动机采用世界协调的重型发动机测试循环，包括WHTC（世界协调瞬态测试循环）和WHSC（世界协调稳态测试循环）。

颗粒物采样采用部分流稀释采样系统或全流稀释采样系统。测试过程中，通过控制稀释比、稀释空气温度、采样滤纸温度等参数，确保采样系统的稳定运行。采样完成后，滤纸在恒温恒湿环境下平衡后进行称重。

三、在用车辆自由加速测试法

在用柴油车的排放检测通常采用自由加速法，这是一种简便快捷的检测方法。测试时，车辆停放在检测线上，发动机预热至正常工作温度后，驾驶员迅速踩下油门踏板至最大位置，维持规定时间后松开。通过不透光度计测量排气烟度，评价车辆颗粒物排放状况。

自由加速法操作简便、检测速度快，适用于在用车辆的定期环保检验。但该方法只能定性评价车辆排放状况，不能定量测定颗粒物排放量，测试结果的重现性受操作因素影响较大。

四、实际道路排放测试法（PEMS）

便携式排放测试系统（PEMS）可用于柴油车实际道路排放测试。测试设备安装在车辆上，随车行驶过程中实时测量排气中的颗粒物排放水平。PEMS测试能够反映车辆在实际道路条件下的真实排放状况，对于评价排放控制系统的实际效能具有重要意义。

检测仪器

柴油车颗粒物排放等级测试需要使用一系列专业的检测仪器设备，这些设备的性能直接影响测试结果的准确性和可靠性。以下是对主要检测仪器的介绍：

• 全流稀释通道采样系统：该系统是整车排放测试的核心设备，由稀释通道、稀释空气供应系统、取样探头、滤纸采样系统等组成。稀释通道的作用是将车辆排出的原始废气与经过过滤的稀释空气混合，使颗粒物在规定的温度和湿度条件下稳定存在，便于准确采样。系统需满足相关标准规定的技术要求，包括稀释比控制精度、通道内温度均匀性等指标。
• 部分流稀释采样系统：适用于发动机台架测试，能够从发动机总排气中按比例抽取部分废气进行稀释和采样。该系统体积相对较小、操作灵活，在重型发动机排放测试中应用广泛。
• 颗粒物滤纸采样单元：用于承载采样滤纸，将稀释后的废气按规定流量抽取通过滤纸，使颗粒物沉积在滤纸上。采样单元需配备精确的流量控制器和温度压力监测仪表。
• 精密微量天平：用于滤纸采样前后的称重，天平的精度直接影响颗粒物质量测量结果的准确性。通常要求天平的最小分度值达到微克级别，并配备恒温恒湿称量室。
• 凝核粒子计数器（CPC）：用于粒子数量（PN）检测，能够计数粒径在23nm以上的固态粒子。CPC的工作原理是使粒子通过过饱和蒸汽环境后长大至可检测尺寸，再通过光学方法进行计数。
• 粒子粒径谱仪：用于测定颗粒物的粒径分布，常见的技术原理包括电迁移率分析法、飞行时间法等。粒径谱仪能够提供详细的粒径分布信息，用于深入分析颗粒物排放特征。
• 底盘测功机：用于整车排放测试，能够模拟车辆在道路行驶时的阻力负载。测功机需具备惯性补偿功能，准确模拟车辆的行驶阻力。根据法规要求，测功机需定期进行校准。
• 发动机测功机：用于发动机台架测试，能够精确控制发动机的转速和扭矩。测功机类型包括电力测功机、水力测功机、电涡流测功机等。
• 不透光度计：用于测量排气的光吸收系数，间接反映颗粒物排放水平。该设备主要用于在用车辆的自由加速测试和定期环保检验。

上述检测仪器应按照相关计量法规要求定期进行校准和核查，确保仪器性能满足测试标准要求。测试单位应建立完善的仪器设备管理制度，做好日常维护保养和期间核查工作。

应用领域

柴油车颗粒物排放等级测试在多个领域具有重要应用价值，为环保监管、产品研发、质量控制等提供关键技术支撑：

一、车辆型式核准

新车型或发动机在上市销售前，必须通过排放型式核准测试，证明其颗粒物排放符合相应国家标准的要求。测试机构按照法规规定的程序和方法进行检测，测试报告作为型式核准申报的重要技术文件。型式核准测试是源头控制柴油车颗粒物排放的关键环节。

二、生产一致性检查

已获得型式核准的车型或发动机，在批量生产过程中需进行生产一致性检查，确保批量产品的排放性能与型式核准样品保持一致。监管部门可从生产线上随机抽取样品进行颗粒物排放测试，判定是否满足生产一致性要求。

三、在用车辆环保检验

在用柴油车辆需定期进行环保检验，检测其颗粒物排放是否达标。各地生态环境部门通过在用车辆排放检验，筛查排放超标车辆，督促车主进行维修治理，控制在用车辆的颗粒物排放。

四、产品研发验证

柴油车和发动机生产企业在产品开发阶段，需要进行大量的颗粒物排放测试，验证燃烧系统、后处理系统的设计效果。通过测试数据的分析反馈，指导产品优化改进，满足日益严格的排放法规要求。

五、技术研究和标准制定

科研院所和检测机构开展柴油车颗粒物排放相关研究，包括排放特征研究、测试方法研究、后处理技术开发等。研究成果为排放标准的制修订提供科学依据，推动排放控制技术进步。

六、进出口检验

进口柴油车辆和发动机在进入国内市场前，需通过排放合规性检测；出口产品根据目的国法规要求，也需要提供相应的排放测试报告。检测机构为进出口贸易提供专业的技术服务。

常见问题

在柴油车颗粒物排放等级测试实践中，经常遇到一些技术问题和法规疑问，以下针对常见问题进行解答：

• 问：颗粒物质量（PM）和粒子数量（PN）两个项目有什么区别？

  答：PM是通过滤纸称重法测得的颗粒物总质量，反映颗粒物的质量排放水平；PN是通过粒子计数器测得的粒子总数量，反映粒子的数量排放水平。两者从不同角度评价颗粒物排放状况。对于配备颗粒捕集器（DPF）的先进后处理系统，PN检测更为敏感，能够有效捕捉穿透DPF的超细粒子。

• 问：柴油车颗粒物排放测试的标准有哪些？

  答：主要标准包括GB 18352.6《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》、GB 17691-2018《重型柴油车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》、GB 3847-2018《柴油车污染物排放限值及测量方法（自由加速法及加载减速法）》等。此外，还需参照相关标准方法执行具体测试程序。

• 问：测试过程中如何保证结果的准确性和重复性？

  答：保证测试结果准确可靠的关键措施包括：使用符合标准要求且经过校准的仪器设备；严格按照标准规定的程序操作；做好实验室环境条件控制；对样品进行充分的预处理；实施有效的质量控制措施，包括空白试验、平行样测试、标准样品验证等；加强检测人员的技术培训和考核。

• 问：什么情况下需要进行PN检测？

  答：根据国VI排放标准要求，轻型柴油车辆和重型柴油发动机需进行PN检测。对于已配备颗粒捕集器（DPF）的车辆，PN检测能够更准确地评价后处理系统的效率。PN检测是目前国际上先进的颗粒物排放检测项目。

• 问：在用柴油车排放超标的原因有哪些？

  答：在用柴油车颗粒物排放超标的常见原因包括：发动机燃油系统故障导致燃烧不良；进气系统堵塞或增压器故障导致进气不足；后处理系统（如DPF）失效或堵塞；使用劣质燃油或润滑油；车辆维护保养不当等。发现排放超标后，应及时进行检修，排除故障后方可上路行驶。

• 问：非道路柴油机械的颗粒物排放测试有什么不同？

  答：非道路柴油机械的排放测试需按照GB 20891《非道路移动机械用柴油机排气污染物排放限值及测量方法》执行，测试循环和限值要求与道路车辆标准不同。非道路机械功率范围宽广，测试循环需覆盖不同功率段发动机的典型工况。此外，非道路标准对颗粒物排放的要求相对宽松，但也在持续收紧。

柴油车颗粒物排放等级测试是一项技术性强、规范性要求高的专业检测工作。随着环保要求的不断提高，测试技术和方法也在持续完善。检测机构应紧跟技术发展趋势，不断提升检测能力，为柴油车排放控制提供更加科学、准确的技术支撑。同时，车辆生产企业应重视产品排放性能的开发验证，通过技术创新不断降低颗粒物排放，为改善空气质量和保护生态环境作出积极贡献。