基于機動車環保檢測的尾氣治理分析與研究*

郭 超， 劉丹丹， 李先鋒

（運城職業技術大學， 山西 運城 044000）

隨著生態環境越來越惡劣， 中國對機動車環保檢測要求越來越高， 依據生態環境部發布的國家標準GB 18285—2018 《汽油車污染物排放限值及測量方法》， 增添了機動車OBD檢測和燃油蒸發檢測等檢驗項目， 這樣造成部分機動車環保檢測不合格。 本文通過對環保檢驗不合格的車輛，對其檢驗結果進行分析， 利用不同方法進行修復， 對尾氣治理分析與研究， 來減少機動車尾氣對環境的污染。

1 汽油車尾氣產生機理分析

汽油機在燃燒的過程中會產生一氧化碳 （CO）、 碳氫化合物 （HC） 和氮氧化合物 （NO） 3種污染物， 然后經過尾氣后處理裝置三元催化轉化裝置能將這3種污染物有效地轉化為二氧化碳 （CO）、 氮氣 （N） 和水 （HO）。 下面分別對3種污染物生產機理進行分析。

1.1 一氧化碳產生機理

汽油在氣缸內正常燃燒將會產生CO， 由于燃燒不充分所致將會產生中間產物CO， 所以CO的產生是燃燒時氧氣量不足所致， 燃油不能完成燃燒。

1.2 碳氫化合物產生機理

汽油是一種混合物， 主要成分是CH， HC是燃燒過程中燃油不完全燃燒所形成的產物， 或者是未燃燒的碳氫燃料。

1.3 氮氧化物產生機理

氮氧化物的生成主要跟發動機內高溫和富氧有關， 在高溫狀態下， 氮氣就容易和氧氣反應生成有毒氣體一氧化氮。 如果在缺氧的狀態下， 即使燃燒室溫度很高， 氮氧化物的生成也會降低， 所以氧氣的濃度對氮氧化物產生起決定性作用。

2 發動機后處理裝置損壞對排放的影響

2.1 三元催化轉化器

三元催化轉化器是汽車排放系統中最重要的廢氣轉化裝置， 安裝在排氣管消音器前面。 通常使用鉑、 鈀、 銥、銠作為催化劑， 附著在金屬濾網上， 尾氣通過時將一氧化碳、 碳氫化合物氧化成二氧化碳和水， 把氮氧化物還原成氮氣。 發動機將空燃比控制在理論空燃比附近， 三元催化轉化器轉化效率最佳。 轉化效率除了和空燃比還和溫度有關， 催化器溫度達到 400℃以上時， 凈化率接近100%， 廢氣將得到有效凈化。

三元催化轉化器隨著車輛使用年限的增長， 表面活性物質逐漸老化失效， 轉化效率下降。 失效原因通常有兩種：一是長期處在溫度過高狀態， 造成三元催化轉化器表面燒結， 導致活性表面損壞； 二是三元催化轉化器 “中毒”， 一些車主在不正規的加油站給車輛加油， 這樣會造成燃油不純凈， 添加一些會損壞三元催化器的元素， 比如鉛、 硫和磷等， 這些成分會覆蓋三元催化器活性表面， 造成轉化效率下降。

2.2 氧傳感器

氧傳感器分為前氧和后氧， 安裝在三元催化器前后，檢測排氣管中氧的濃度， 同時前氧和后氧檢測數值對比，可以判斷三元催化器是否正常工作。 氧傳感器失效將造成三元催化轉化器無法正常工作。 失效原因和三元催化轉化器一致， 主要是元件老化和中毒。 老化是因元件局部表面溫度過高。 氧傳感器的表面附著其他元素而失效稱為中毒。氧傳感器中毒主要指傳感表面附著鉛、 硅和磷幾種元素，從而加重三元催化器的負載， 縮短三元催化器的使用壽命，增大尾氣中有害氣體的排放。

2.3 燃油蒸發控制系統

在汽車排氣污染中， 由于燃油蒸發造成污染占污染總量的15%， 所以新國標GB 18285—2018在汽油車環保檢驗中增加了燃油蒸發系統檢驗項目， 檢驗燃油蒸發系統是否損壞， 能否有效地控制汽油從油箱中溢出， 對降低排氣污染是一種有效措施。 當發動機怠速或停機時， 燃油蒸汽進入活性炭罐， 當發動機轉速超過1500r/min時， ECU打開活性炭罐電磁閥， 讓燃油蒸汽進入進氣歧管進行燃燒。 所以燃油蒸發系統出現故障， 也會導致尾氣排放超標。

3 根據環保檢測結果對尾氣治理分析

3.1 汽油車污染物排放限值要求

依據新國標GB 18285—2018 《汽油車污染物排放限值及測量方法》， 汽油車環保檢驗分為工況法和雙怠速法兩種檢驗方法， 環保檢測超標一般是指檢測到排氣中的污染物含量超過國標規定的限值， 表1為穩態工況法對污染物排放限值， 表2為雙怠速法對污染物排放限值。

表1 穩態工況法對污染物排放限值

表2 雙怠速法對污染物排放限值

3.2 CO、HC、NO均輕微超標

這種情況車輛一般使用年限并不長， 但檢測結果均輕微超標， 說明三元催化轉化器并沒有損壞， 而是進氣、 燃油和排氣三大系統過臟。 解決辦法： 換高油號汽油或者加燃油添加劑， 然后讓汽車發動機高速運轉， 可以上高速行駛， 或者停車狀態下空擋高轉速運行， 這樣有利于油道、氣門、 氣缸中的臟污沖刷出來， 讓通道更順暢。

3.3 CO、HC超標，NO合格

這種情況下， CO超標是因為進氣系統供氧不足， 需要清潔進氣系統， 更換空氣濾清器。 HC超標是因為燃燒不充分， 可能出現火花微弱， 更換火花塞或缸線。

3.4 CO、HC 輕微超標，NO嚴重超標

這種情況下， 氧傳感器故障檢測到尾氣氧含量不正確，導致混合氣濃度偏稀， 氣缸內處于富氧狀態。 進氣門和燃燒室出現大面積積炭現象， 混合氣燃燒過程出現很多明火，致使缸內溫度過高， N0出現嚴重超標， 三元催化轉化器也失效， 轉化率下降。 解決辦法是清潔氧傳感器和三元催化轉化器， 若嚴重， 就需要進行更換。

4 尾氣治理分析與研究

針對尾氣檢驗不合格車輛的檢驗數據進行分析， 依據檢驗結果給出不同的修復辦法， 現總結一套機動車尾氣治理流程。 ①首先， 確認發動機是否正常工作。 通過取下火花塞， 可以判斷發動機是否燒機油； ②其次， 確認發動機三大系統 （進氣系統、 燃油系統、 排放系統） 是否過臟，以及氣缸內是否積炭。 可以通過拉高速， 讓管路變得順暢；③然后， 確認三元催化轉化器是否失效。 三元催化轉化器失效可能因為加低油號汽油、 加油品較差的汽油或者汽油中含有硫、 磷或鉛等雜質； ④最后， 確認氧傳感器是否失效。 氧傳感器是最容易讓人忽視的， 一旦發生故障， 可能讓混合氣濃度調節不準確， 致使混合氣過濃或過稀， 導致三元催化轉化器凈化能力下降。

5 結束語

本文通過分析幾種后處理裝置損壞對排放生成的結果，結合環保檢驗污染物排放限值， 針對環保檢驗不合格車輛的檢驗數據進行分析， 3種污染物與排放限值對比， 總結幾種常見的檢驗結果， 利用不同方法進行修復， 對尾氣治理分析與研究， 來減少機動車尾氣對環境的污染。 希望給機動車環保檢測和尾氣治理提供一定的參考價值。