在用汽油車尾氣超標特征分析及對策研究

姜 鑫，王文君，龐奪峰，陶 健

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

0 引言

當前，我國的機動車造成的環境污染問題日益嚴重，機動車尾氣排放是造成城市中霧霾、光化學煙霧的重要原因，使得汽車尾氣排放成為威脅人類生存環境和健康的主要污染源之一[1]。近5年，汽車占機動車的比例迅速提高，從43.88%提高到58.62%，群眾機動化出行方式經歷了從摩托車到汽車的轉變。全國有35個城市的汽車保有量超百萬輛，北京、成都、深圳、天津、上海、蘇州、重慶、廣州、杭州、鄭州10個城市超過200萬輛。截至2014年年底，我國機動車保有量達2.64億輛，其中汽車1.54億輛，占機動車保有量的62.6%，其中以汽油車為主。根據環保部發布的《2015年中國機動車污染防治年報》的統計數據顯示，汽車是機動車排放污染物總量的主要貢獻者，而汽油車HC和CO排放量較高，超過排放總量的70%[2]。而現有狀況下，汽油車的數量仍在不斷增加，汽油車的尾氣排放更是不容忽視，那么，研究在用汽油車的尾氣排放規律及對策就很有必要。

1 研究方案

1.1 數據來源及處理

本文隨機抽取了某排氣污染物檢測機構一年的在用汽油車排氣污染物檢測結果進行統計分析。為了獲得較為可靠的數據，便于處理，減小由于檢測時錄入車輛信息不準確或者排放檢測時車輛意外故障造成排放超常等因素引起的統計誤差，本文研究時對數據進行了初步的篩選，以獲得真實有效的數據，剔除一小部分無效數據，最終得到有效數據20 670個。

本文所述指標“尾氣排放超標率”為：統計某范圍或區間內，在用汽油車尾氣排放超標車數占總檢測量（車數）的百分比。

1.2 檢測方法及采用標準

本文所用數據是采用穩態工況法（ASM）獲得，對應執行標準為GB 18285—2005點燃式發動機汽車排氣污染物排放限值及測量方法（雙怠速法及簡易工況法）和HJ/T240—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。

穩態工況法（ASM）是用底盤測功機對被檢車輛進行道路阻力模擬加載，在25 km/h和40 km/h等速工況下測量尾氣的排放。圖1為穩態工況法（ASM）試驗運轉循環，如圖1所示，穩態工況法試驗運轉循環由ASM5025和ASM2540兩個工況組成。ASM5025測試速度為 25 km/h，取加速度為1.475 m/s2時的輸出功率的50%作為加載功率。ASM2540測試速度為 40 km/h，取加速度為1.475 m/s2時的輸出功率的25%作為加載功率。每個工況的運行時間為90 s，采樣時的工況要求為：速度允許偏差±1.5 km/h，加載扭矩允許誤差為該工 況設定扭矩的±5%[3]。

圖1 穩態工況法（ASM）試驗運轉循環

2 結果與分析

2.1 在用汽油車尾氣排放超標率在基準質量區間上的分布情況分析

圖2 在用汽油車尾氣排放超標率在各基準質量區間上的分布圖

圖2為使用時間10年內的在用汽油車尾氣排放超標率在各基準質量區間上的分布圖。從圖2可以看出，超標率在20%以下的區間為1 250～1 700 kg，20%～25%之間的區間為小于等于1 250 kg，25%以上的區間為1 700～2 500 kg，其中超標率最低的區間為1 250～1 400 kg,超標率為13.65%，最高的區間為1 700～1 930 kg，超標率為34.62%。這樣，按超標率的大小把基準質量區間分成了高中低3個區間，分別是 1 700～2 500 kg、小于等于 1 250 kg、1 250～1 700 kg，在不同基準質量區間上的在用汽油車尾氣排放超標率雖然高低不同，但總體在數值上差距不大，所以，基準質量與在用汽油車尾氣排放超標率之間無明顯的相關性。

2.2 在用汽油車尾氣排放超標率在行駛里程區間的分布情況分析

圖3為在用汽油車尾氣排放超標率在各行駛里程區間的檢測量及超標率分布圖，檢測量主要集中在行駛里程20萬km以內，20萬km以上的檢測量相對少很多。

圖3 在用汽油車尾氣排放超標率在各行駛里程區間的檢測量及超標率分布圖

從圖3可以看出，里程區間在7萬km以內的檢測車數量是最多的，這個區間的檢測超標率不是最高的，但是上升速度卻是最快的。

3萬km以下的超標率保持在8%左右，此時車輛技術狀況良好，各種車型的排放性能基本一致，超標率較低，且波動不大，但3～7萬km之間超標率快速上升。在3萬km以內，靠常規的保養，比如更換機油和三濾（空氣濾清器、汽油濾芯和機油濾芯），即可使車輛技術狀況保持穩定，但在3～7萬km的區間，超標率明顯上升，此時車輛的許多零部件已出現性能劣化的情況，單靠常規保養已無法穩定地保持車輛的技術狀況，需要對噴油嘴、火花塞、節氣門等部件進行清洗或更換。

但實際情況是，車主在等到車輛已經出現尾氣超標排放或者其他故障時才想到要做相關檢查，此時再來做檢查及檢測，可能就不僅僅需要保養，甚至需要維修才能解決問題，不僅耗費人力物力，還無形中加速了車輛各部件的老化、劣化，得不償失。還有一個原因是由于城市中空氣污染嚴重，空氣濾清器壽命縮短，有些故障會提前出現，這就需要對某些易損耗部件提前更換或及時檢查，以往定期檢查的周期可能已經滯后了[4]。這些都是保養方面的一些因素。

7～11萬 km區間內，超標率整體的上升比7萬km以內的要緩慢，整體趨勢緩慢上升，且上升幅度在5%以內，說明車輛在保養或者適當維修后，車輛技術狀況趨于穩定，但是，凈化尾氣的三元催化器開始劣化，催化性能也開始退化。這正說明車主在車輛的日常保養中忽視了三元催化器的劣化問題，由于平日檢查不及時，甚至不檢查，等到問題出現了才找原因，此時經過長期的累積效應，發動機燃燒生成的某些物質與催化劑中活性物質反應并發生相變，或生成化合物黏附于活性物質表面，阻礙催化反應，如果三元催化器得不到及時清理，將導致HC、CO和NOx的轉化效率降低，甚至三元催化器完全失效，尾氣排放的檢測結果很可能就是多項超標。所以，三元催化器的檢查也應納入常規保養范疇中。

11～20萬km區間內，超標率穩定上升后有所下降，在16萬km處超標率達到最高36.6%，整個區間上下波動的幅度在10%以內，此時各車型的故障較多，經過長期的使用后，車輛各部件性能均有不同程度的劣化，導致技術狀況逐漸下降，三元催化器也劣化嚴重，經過維修（包括清洗或者更換三元催化器）后超標率有所下降。從20萬km開始，超標率隨行使里程的增長呈現波動上升的趨勢，這與車輛的故障及維修有關。雖然經過維修后技術狀況有了一定程度的恢復，但不同車輛的故障嚴重程度和維修后技術狀況恢復程度均有不同，且車輛已經運行一段時間，技術狀況的恢復程度畢竟有限，所以超標率整體趨勢是上升，且波動較大。29～30萬km，與普通發動機的大修里程相近，此時對于單車來說，車輛各部件及系統損耗較嚴重，機械磨損達到維修極限值，一般需做小修或大修。此區間超標率也達到整個行駛里程中的最高點，意味著車輛各部件及系統較接近壽命極限。30萬km以上，超標率隨行使里程的增長呈波動下降的趨勢，這與部分車輛發動機修理及修理質量有關，經過修理后技術狀況恢復，尾氣排放降低。

3 結論及建議

通過本文的數據統計與分析，表明用汽油車在不同行駛里程區間的尾氣排放超標率有明顯不同，結論與建議如下：

a）在不同基準質量區間上在用汽油車尾氣排放超標率分布較均勻，基準質量與在用汽油車尾氣排放超標率之間無明顯的相關性。

b）行駛里程7萬km以內，在用汽油車尾氣排放檢測車輛不僅檢測數量最多，超標率上升速度也是最快的。建議及時保養，保養周期可以適當縮短，保養中除了更換常規的機油和三濾外，對影響排放的部件或系統尤其需要保養與維護，以消除故障隱患。

c）行駛里程7～11萬km區間內，在用汽油車尾氣排放檢測車輛超標率緩慢上升。建議除了保持正常的保養之外，開始關注三元催化器的劣化，及時檢查其催化性能，出現性能下降后，可以采用專用清洗劑進行清洗，無法恢復的需要及時更換。

d）行駛里程11～20萬km區間內，在用汽油車尾氣排放檢測車輛超標率穩定上升后有所下降，超標率最高為36.6%。建議對車輛的技術狀況進行定期檢查，平時也要注意車輛運行是否出現異常，及時發現故障隱患，防患于未然。

e）行駛里程20萬km以上，在用汽油車尾氣排放檢測車輛超標率的整體趨勢是大幅波動在高位，此區間雖然檢測數量最少，超標率卻是最高的。建議對車輛技術狀況進行全面檢查，需要維修的要及時進行修理，對于性能下降嚴重的部件甚至總成要進行更換，恢復車輛的技術狀況。

由于用汽油車在不同行駛里程區間的尾氣排放超標率不同，所以需要針對各自特點采取維護、治理、維修等不同的對策，這些對策的目的都是為了防患于未然，及時排除故障隱患，及時降低在用汽油車尾氣排放的超標率，減少尾氣排放，緩解機動車污染問題。