机动车尾气颗粒数量（PN）分析仪的法规技术要求与全系列产品解决方案

 1. 机动车尾气PN分析仪的法规技术要求

与粗颗粒（PM10）和细颗粒（PM2.5）相比，超细颗粒（PM0.1；动力学粒径<0.1μm）在肺部的沉积分数更高、穿透程度更深、滞留率更高，因此越来越受到公共卫生界的关注。机动车发动机尾气已被确认为环境超细颗粒排放的主要来源。机动车发动机尾气排放中超细颗粒的质量占比太小，颗粒质量浓度难以体现超细颗粒排放水平，因而数量浓度是更好的量化指标（如图1所示）。

图1 柴油发动机尾气排放中颗粒数量浓度（蓝色）和颗粒质量浓度（红色）的粒径分布曲线（Zhang et al 2014）

为了控制机动车尾气的超细颗粒排放，欧盟于2011年将颗粒计数法纳入到了新生产机动车排放法规体系（Euro 5b轻型车排放标准）。随后，颗粒计数法在欧盟新生产机动车排放法规体系中得到了全面和深入的发展，适用范围覆盖了轻型车和重型车，试验方法扩展为台架典型工况和实际道路行驶，2024 年 5 月 8 日发布的Euro 7标准中还将PN计数的粒径范围从＞23nm升级为＞10nm。为了同步管控机动车在用周期内的超细颗粒排放，欧盟委员会2023年3月20日发布了《装备压燃式发动机的车辆定期技术检验中颗粒数量测量的建议》，用于协调整个欧盟范围内有关在用柴油车尾气排放颗粒数量检测的相关要求。

表1 欧盟和中国现行机动车尾气排放标准的分类及PN限值

表1提供了欧盟现行机动车尾气排放标准的分类及PN限值，在新生产机动车排放标准的台架典型工况和实际道路行驶以及在用机动车排放标准的怠速工况三种试验方法中需要使用不同类型的PN分析仪，分别为PMP-PN分析仪、PEMS-PN分析仪和PTI-PN分析仪。根据标准中的技术要求，三种类型PN分析仪的系统结构是相似的（图2），主要由采样装置、预处理单元和颗粒计数器串联组成；主要技术指标项目也具有相似性，对挥发性颗粒物去除效率、计数效率和线性度均有相应要求（表2）。基于应用需求的差异，设备小型化等级顺序为PTI-PN＞PEMS-PN＞PMP-PN，设备精度等级顺序为PMP-PN＞PEMS-PN＞PTI-PN。

图2 PMP-PN、PEMS-PN和PTI-PN分析仪的系统结构（虚线或虚线框指示可选部件；红色指示加热部件）

2. 

表2 PMP-PN、PEMS-PN和PTI-PN分析仪的主要技术要求

2.机动车尾气PN分析仪的国内市场需求与痛点

我国是全球机动车产销第一大国，移动源污染已成为空气污染的重要来源，是造成我国大中城市颗粒物污染的重要原因。为了控制机动车尾气超细颗粒排放，颗粒计数法已经被全面引入到我国的新生产机动车排放法规体系（表1）。此外，将颗粒计数法引入到我国在用机动车排放法规体系也亟需尽快推行。

在排放标准指引下，我国众多机动车制造企业以及环保检测机构都需要使用与符合排放标准技术要求的排放测试设备来开展排放检测试验。由于在机动车排放法规体系中颗粒计数法正处于快速发展阶段，当前对机动车尾气PN分析仪的市场需求量较大且呈现上升趋势。然而，机动车尾气PN分析仪为精密仪器，研制难度较大，国内研发较为滞后，国内市场正在被进口品牌产品全面占据。进口品牌PN分析仪是无法满足国内广大用户应用需求的，主要体现在：1）PN分析仪作为机动车排放测试中的关键精密仪器，急需突破全面依赖进口的“卡脖子”难题；2）进口设备采购及使用成本较高，大多数国内用户难以承担；3）PN分析仪的校准程序十分复杂，往往需要返回原厂进行维护维修及定期校准，进口设备返厂需要耗费较长时间，从而会严重降低设备有效利用率。因此，加强国内研发投入，尽快开发出符合法规技术要求的国产PN分析仪是解决当前供需矛盾的重要途径。

3. 机动车尾气PN分析仪的全系列产品解决方案

四方光电（武汉）仪器有限公司（以下简称“四方仪器“）近二十年来长期致力于研发机动车尾气排放检测核心传感技术及系统装备，成功推出了一系列的排放检测设备系统解决方案，广泛应用于在用车及新生产车法规排放测试，主要用户包括科研机构、环保检测机构及轻型车、重型车、非道路移动机械、摩托车和发动机制造企业等。

为了响应机动车排放标准中的颗粒计数测量需求，四方仪器依托气体传感技术研发平台基础优势，专项重点投入研发资源，成功自主研制了凝结核粒子计数器法（CPC）和扩散荷电法（DC）颗粒计数传感器模组，并在此基础上全面推出了机动车尾气PMP-PN、PEMS-PN和PTI-PN分析仪。 

四方仪器的机动车尾气PMP-PN、PEMS-PN和PTI-PN分析仪与相关设备配套形成了分别应对新生产机动车排放标准台架典型工况和实际道路行驶及在用机动车排放标准怠速工况三种试验方法的三套专用系统解决方案：

（1）PMP-PN分析仪（产品名称为颗粒数量分析系统）与发动机排放测试系统、激光光谱排放分析系统和全流稀释定容采样系统等组合形成新一代实验室排放测试系统解决方案，适用标准包括Euro 7、国6/VI以及未来国七等。

（2）PEMS-PN分析仪与PEMS-THC/CH4分析仪、PEMS-NH3/N2O分析仪和PEMS主机系统组合形成新一代实际道路行驶排放测试解决方案，适用标准包括Euro 7、国6/VI以及未来国七等。

（3）PTI-PN分析仪（产品名称为便携式PN分析仪）与PTI-NOx分析仪组合形成新一代在用柴油车尾气排放定期技术检查解决方案，适用标准包括EU 2023/688及未来的中国PTI-PN标准。