重型柴油机后处理系统对10纳米以上颗粒物排放特性的影响机制研究

为应对Euro VII将颗粒物检测下限扩展至10 nm(SPN10)的新规，研究者通过发动机台架试验，系统评估了中国VI柴油机在WHTC/WHSC循环下SPN10/SPN23排放特性。发现尿素喷射使SPN23激增940-2000%，碳化硅DPF在<270°C时再生效率优于堇青石，VPR可使颗粒数降低1-2个数量级，为超细颗粒物控制提供关键技术支撑。

　　

随着中国机动车保有量突破3.45亿辆，移动源污染已成为大气治理的关键难题。2023年全国136个城市PM_2.5超标，其中重型柴油车贡献了90%以上的颗粒物排放。最新研究表明，传统检测中忽略的10-23纳米超细颗粒能穿透细胞屏障进入血液循环，健康危害远超常规颗粒。Euro VII标准首次将颗粒物检测下限从23 nm(SPN₂₃)降至10 nm(SPN₁₀)，而中国VI阶段标准仍沿用SPN₂₃限值，技术代差催生对先进后处理系统(EAT)的迫切需求。

中国博士后科学基金资助的研究团队在《Fuel》发表论文，通过全流稀释隧道采样和发动机台架试验，首次系统揭示了中国VI柴油机在WHTC/WHSC循环下SPN₁₀排放特性。研究采用三套关键技术：1）配备DOC+DPF+SCR+ASC的7.698L六缸高压共轨柴油机平台；2）冷凝颗粒计数器(CPC)与发动机排气粒径分析仪(EEPS)联用；3）对比碳化硅与堇青石DPF基材在不同温度下的再生效率。

PN结果
基线测试显示，冷启动阶段贡献了WHTC循环76%的SPN₁₀排放。尿素喷射引发惊人增长：SPN₂₃暴增940-2000%，SPN₁₀跃升1300-1600%，平均粒径向>10 nm迁移。扫描电镜(SEM)观察到尿素衍生的球形物质附着在颗粒表面，但具体成分有待进一步解析。

DPF基材影响
在<270°C排气温度下，碳化硅DPF的再生效率显著优于堇青石。粒径分布(PSD)分析发现，DPF对10-40 nm颗粒的过滤效率最高，但加速工况下仍会释放亚23 nm颗粒，推测与积碳层破碎有关。

VPR效应
安装挥发性颗粒去除器(VPR)后，总颗粒数(TPN)降低1-2个数量级，但SPN₁₀占比因挥发性组分蒸发而上升。这与Mamakos等研究发现SCR会导致SPN₁₀超标56%的结论形成互补。

该研究首次量化了中国VI柴油机SPN₁₀排放基线，揭示尿素喷射是超细颗粒暴增的主因。发现碳化硅DPF在低温下的性能优势，为后处理系统优化提供关键参数。VPR的应用验证了超细颗粒控制可行性，但需警惕挥发性组分转化带来的新问题。这些发现不仅为中国VII阶段标准制定提供数据支撑，更揭示了移动源超细颗粒污染防治的新方向——未来研究应聚焦尿素衍生颗粒的化学组成及其健康效应机制。