在用汽油車排氣污染物的研究

王瑞

摘 要：隨著汽車保有量的持續增長，汽車排放污染已經成為大氣污染的主要來源，而控制汽車污染物的排放是降低大氣污染的有效方法之一。

關鍵詞：在用汽油車；污染物；排放；環保

中圖分類號：U467.4+8 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）06-0152-02

1 項目研究的背景和意義

根據環保部《2013年中國機動車污染防治年報》顯示，我國已經連續多年成為世界汽車產銷第一大國，同時，機動車造成的污染也日益嚴重，它已成為大氣環境最突出的問題之一。機動車保有量的快速增加，使機動車污染防治的重要性和緊迫性日益凸顯。監測表明，我國城市空氣呈現出煤煙與機動車尾氣復合污染的特點。一些地區灰霾、酸雨和光化學煙霧等區域性大氣污染問題頻繁出現，這些問題的產生都與車輛尾氣排放密切相關。由于機動車大多行駛在人口密集區域，所以，尾氣排放會直接影響大眾健康。

為了控制機動車排放的尾氣污染，國家不斷加大機動車污染防治力度，出臺了一系列機動車排放、控制的法律法規和檢測標準，并從新車環境準入、在用車環境監管和車用燃料清潔化等方面采取綜合措施，降低單車排放，以控制污染物總量。從2000年開始，全國分階段實施汽車污染物排放標準，新生產車的排放標準現已經執行國Ⅲ階段標準，從2012-08-01起，輕型汽油車開始執行國Ⅳ階段排放標準。同時，國家配套制訂出臺了新的在用車排放檢測標準和相關限制，并且通過實施環保定期檢測制度和環保合格證制度篩選高污染車和排放超標車，將排放標準低的新車劃分為黃標車加以嚴格管理，同時，督促排放超標車輛進行維修、整治，實現達標排放，減少污染物的排放。

研究表明，技術狀況不良的車輛污染物排放量是正常達標車輛的幾倍甚至十幾倍，所以，必須要有效識別排放量超標的車輛。有針對性的維修、治理是控制機動車污染物排放的有效措施之一。隨著檢測新標準、新方法的實施和汽車環保新技術的應用，原有的維修治理方法已不能適應現行標準和采用電控燃油噴射、三元催化、廢氣再循環等環保新技術汽車污染物治理的需要，這已成為排氣污染控制方面越來越突出的矛盾。

2 項目的主要研究內容

該項目擬選取典型超標情況和超標車型作為研究對象，分析、查找排氣污染物超標的原因，研究相應的治理措施并通過檢測驗證效果，最終總結出一套治理技術方法，指導治理維修作業。其主要內容包括：①在用汽油車排氣污染物超標情況的統計研究；②超標汽車技術狀況檢查分析，研究影響排放的因素；③在用汽油車排氣污染物治理技術對策研究；④制訂在用汽油車排氣污染物治理技術的方法。

3 排氣污染物超標與維修治理現狀調查分析

3.1 在用汽油車排氣污染物檢測現狀

在用汽油車排放檢測的現行標準為GB 18285—2005《點燃式發動機汽車排氣污染物排放限值與測量方法（雙怠速法及簡易工況法）》和HJ/T 240—2005《確定點燃式發動機在用汽車簡易工況法排氣污染物排放限值的原則和方法》，標準規定了檢測在用汽油車排放的方法為雙怠速法及簡易工況法。目前，各省市采用穩態工況法的居多，采用簡易工況法的僅有遼寧、廣東和山東等省。考慮到各地的實際情況，汽車保有量、車型構成和汽車運行工況不同，相應的檢測方法也就不同，高排放車控制的比例也有所差異，所以，簡易工況法的標準限值由各地區根據實際情況，按照HJ/T 240—2005《確定點燃式發動機在用汽車簡易工況法排氣污染物排放限值的原則和方法》確定。

3.2 超標車維修治理現狀調查分析

“在用車環保I/M制度”是在用車環保監測和維護制度的簡稱，它是指通過對在用車進行定期檢測，篩選出尾氣排放超標的車輛，查找其尾氣排放污染超標的原因，并進行有針對性的維修、治理，以保證車輛技術狀況和環保裝置處于良好的運行狀態，從而減少污染物的排放。I/M制度是消減在用機動車污染排放最重要的手段，是對新車實行強制性排放標準的有效補充。

實施I/M制度的意義在于，它可以迅速、有效降低在用汽車的污染排放，同時，通過維護、保養可以提高在用車的燃油經濟性，可以保證汽車尾氣治理的實際效果。I/M制度的著眼點是使在用車達到自身最佳尾氣凈化水平，硬件投資少，費用與凈化經濟效益好；嚴格的I/M制度對CO，HC等有害氣體都有良好的削減效果。

我國現行的在用車維護與檢測制度主要應用于交通運輸部門負責的營運車的技術管理中，非營運車的管理尚未實施嚴格的強制維護政策，維護、保養要靠車主自覺，車輛只需通過年度安全性能檢驗和環保檢測即可。現行的技術規范遵循“定期檢測，強制維護，視情修理”的原則，以維護在用車行駛的安全性、經濟性、動力性和可靠性為主要目的。

目前，超標車維修、治理仍然存在一些問題，比如二級維護不到位、偷工減料、隨意縮減維護項目的現象時有發生，這就使得I/M制度的實際實施效果大打折扣，也無法達到控制排放的目的。維修企業與汽車尾氣排放治理的發展要求有明顯的差距：①企業缺乏汽車尾氣排放治理的技術負責人和專業技術人員。②很少有維修企業將排放要求納入其質量管理體系中，而排放維修、治理的基本儀器，尾氣排放檢測設備（廢棄分析儀）的配備率低和使用率很低，不能對維修后的車輛按維修規范進行尾氣排放的檢測和調試。③汽車尾氣排放、治理還沒有完整、統一的治理技術規范，大多數的汽車尾氣治理作業還只是簡單、粗糙的調校，或是盲目的更換、清洗凈化器等。這樣的治理治標不治本，短期內排放就會超標，不僅起不到減排的作用，還可能加劇車輛的劣化。④隨著尾氣定期檢驗制度的實施，一些凈化產品、減排裝置和保養產品應運而生。盲目地安裝凈化產品，使用減排產品、保養產品，也可能會因為一些產品質量差或與發動機不匹配，造成發動機動力下降，甚至技術性能變差，致使其排放也很快惡化、超標。

綜上所述，目前超標車維修、治理面臨以下問題：①政策上，環保I/M制度未出臺獨立的指導性文件，給執行帶來困難。維修治理機構未實行資質許可，還沿用交通行業維修企業資質。但在實際操作中，鑒于各地實際情況未嚴格執行，存在超范圍從事維修、治理的現象。②技術上，沒有有效的指導性技術規范、診斷流程和手段，導致超標影響因素判斷不準，易造成過度維修或維修不當的情況，以至于維修費用增高，返修率升高。③產品上，治理產品泛濫，良莠不齊，無政府指導，缺機構檢測、認證，效果不明顯，有些甚至會對發動機產生不良影響。④企業自律上，受企業自身技術水平限制和利益驅動，產品濫用，過度維修，存在不進行維修但卻出具維修證明材料的違規現象，使得維修、治理效果難以保障。endprint

4 在用汽油車排放性能影響因素

尾氣排放受汽車多方面因素綜合影響，有時汽車并未表現出明顯故障，但尾氣排放可能已經超標，這一方面是由于尾氣排放要求越來越嚴格，另一方面，車輛系統出現的早期劣化雖然尚未影響汽車動力性，但排放已經惡化，這勢必會使油耗增加。

想快速、經濟地解決、治理尾氣超標問題，就要先識別影響尾氣超標的主要因素，并注意預防這些因素引發的問題，同時，要及時診斷引發排放超標的因素，并進行治理。其次，要結合各系統元件的保養里程和統計的尾氣劣化里程，制訂相應的對策。

大量研究表明，尾氣超標主要原因可歸納為：空燃比不當、點火能量不足、點火正時不準確、噴油霧化不良、電控故障、三元催化器性能下降、積碳與零部件劣化等。

4.1 機械磨損的影響

隨著汽車使用年限和行駛里程的增加，汽車各系統因機械磨損、功能衰退和燃燒沉積物增多等引起的劣化是一個漸變過程。正常的自然磨損階段，磨損量減少，排放劣化速度減慢，變化幅度減少，是一個相對緩慢的變化過程。但隨著汽車運行時間的增加，運動副零件的間隙也逐漸變大。當間隙增大到極限位置時，其磨損量將急劇增加，并產生惡性磨損，直至汽車出現故障而無法正常工作，這也就是所謂的“極限磨損”。在此階段，由于零件磨損嚴重以至于部分零件失效，使用性能嚴重衰退，導致動力性、經濟性、環保性嚴重惡化。以上階段屬于自然磨損，在汽車的使用過程中是不可避免的。但其磨損量的增長相對來說是比較緩慢的，如果采取一些適當的措施，就可以延緩或減小自然磨損。

4.2 異常磨損的影響

由于排放還受控制技術的影響，零件的磨損與排放并不完全同步，所以，控制技術的應用使得排放劣化趨勢變緩。在實際應用中，正常的維護、保養也可減緩磨損，從而降低排放劣化的速度。汽車在使用過程中，除了自然磨損外，還存在異常磨損。異常磨損是因為機件達不到技術標準，保養、維護不當，駕駛員使用、操作不合理等諸多原因造成的。異常磨損通常磨耗得比較劇烈，會導致機件加速損壞，使排放在短時間內急劇惡化。異常磨損除了受設計制造水平的影響外，還受油料、氣候條件、道路狀況、駕駛技術和維護保養等多方面因素的綜合影響。

4.3 沉積物的影響

除了磨損外，隨著行駛里程的增長，在使用過程中由于燃燒、自然沉積等作用在發動機各部位形成灰塵、膠質、積碳、化學絡合物等沉積物，包括進氣道積碳、節氣門積碳、缸內積碳、噴油嘴膠質積碳、火花塞積碳、氣門積碳、氧傳感器沉積物、三元催化器絡合物和廢氣再循環系統EGR積碳等。這些沉積物的集聚增加一方面加劇了系統劣化，另一方面，由于集聚部位不同，對發動機性能和排放的影響各不相同。發動機在正常工作的情況下，沉積物的形成是不可避免的，只是形成速度較慢。

進氣道積碳和節氣門積碳易引起節氣門關閉不嚴和信號誤差，從而影響實際混合氣的濃度。噴油嘴膠質積碳易使噴油嘴堵塞，引起滴漏、霧化不良等故障。火花塞積碳形成速度較慢，但在混合氣過濃，發動機長時間空載、怠速運行，熱值偏高，潤滑油過多和火花塞選型不當等情況下，火花塞電極間積碳速度會加快。當積碳達到一定程度時，將影響發動機的正常工作。積碳層是具有一定阻值的導體，當火花塞部位積碳時，降低了電源間的絕緣電阻，減小了高壓電擊穿空氣隙所需的能量，因此，降低了點火能量，使燃燒不良；當積碳嚴重時，高壓電將通過積碳層直接泄露，火花塞無法點火，從而導致失火。

4.4 傳感器和凈化裝置劣化

氣門積碳在吸附燃油的同時易引起氣門閉合，降低氧傳感器的靈敏度，甚至失效。三元催化器作為重要的機外凈化裝置，其沉積物一般表現為復雜的化學絡合物和積碳的組合。這些沉積物在催化劑上的覆蓋或產生化學反應，都將減少催化劑和尾氣的接觸面積，影響空速特性和儲氧能力，致使催化劑中毒、失效，從而影響三元催化器的凈化效率。此外，電控系統的傳感器和電器原件的可靠性較好，自然劣化速度較慢，且發生故障時現象明顯，除了易損件外，可以不按照劣化考慮。

汽車隨著行駛里程的劣化主要表現為磨損、沉積物和主要傳感器、凈化裝置的劣化。此類影響發展較為緩慢，尤其是在閉環控制電噴車上，由于自身的反饋調整作用，一般故障表現不明顯，但對排放的影響是不容忽視的。積碳的集聚易干擾傳感器、信號和部件的正常工作，誘發偶發故障，影響排放。

5 解決方法

隨著行駛里程的增長，系統劣化與排放性能密切相關。正確、及時的維護、保養可以減緩劣化的速度和程度，從而減緩排放的劣化。在常規維護、保養時，要按照一定的保養周期更換機油、三濾，定期檢查噴油嘴、火花塞和節氣門等零部件。這樣做的主要目的是保持發動機的正常潤滑，使燃油、空氣清潔順暢，延續良好的點火和燃燒狀況，以減少非正常磨損，緩解正常磨損，降低故障發生的概率。

在用車排氣污染物檢測和治理實踐中，車主、檢測人員、維修人員對燃油與排放的關系存在一定的誤區。他們認為，使用高標號汽油可順利通過排放檢測，甲醇汽油可導致排放超標，而燃油對排放的影響卻很小。由此可見，燃油品質是影響排放的重要因素。劣質汽油不僅會使排放超標，還會影響發動機和凈化裝置，造成系統故障，惡化排放性能，且由于燃油組分復雜，比例不確定，所以，排放物造成影響的不確定性大。如果對燃油的品質和組分比例不加以控制，則在車輛使用過程中就會對氧傳感器、三元催化器的反應靈敏度和凈化效率產生影響，嚴重時還會造成不可逆的損壞。同時，也容易在噴油嘴、節氣門等處形成積碳、沉積物，致使尾氣排放惡化。因此，改善燃油品質不但可以直接減少機動車污染物的排放，還可以保證車輛在使用過程中的穩定運行。隨著國Ⅲ車用汽油標準的頒布和執行，上述情況或有好轉。然而，市場上仍有不合格的油品在售和使用，這已成為在用汽油車排放超標最重要的原因。

參考文獻

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〔編輯：白潔〕endprint