論機動車排放控制系統(tǒng)及檢測技術(shù)

郭新平

（昆明市第二機動車安全檢測站 云南 昆明 650217）

目前，空氣污染是我國可持續(xù)發(fā)展過程中面對的主要問題之一。而空氣污染的重要根源是汽車及摩托車排氣中的有害排放物。由于空氣受到嚴(yán)重污染，我國大城市空氣質(zhì)量位于世界清潔城市排序中的尾部。因此，提高汽車排放的控制水平已是我國政府部門、有關(guān)研究單位亟待完成的重要任務(wù)。

1 汽車尾氣的有害成份與危害

汽車排放的尾氣，除空氣中的氮和氧以及燃燒產(chǎn)物二氧化碳、水蒸汽為無害成份外，其余均為有害成份。汽車發(fā)動機排放的一部分有毒性物質(zhì)，是由于燃燒不完全或燃燒溫度較低時發(fā)生較多。尤其是在次序起動、噴油器噴霧不良、超負(fù)荷工作運行，燃油不能很好地與氧化合燃燒，必定生成大量的一氧化碳、煤煙等。另一部分有毒物質(zhì)，是由于燃燒室內(nèi)的高溫、高壓而形成的氮氧化合物。碳?xì)浠衔镏?，特別是烯在大氣上空，在太陽光紫外線作用下，會與氧化氮起光化反應(yīng)生成臭氧、醛等煙霧狀物質(zhì)，刺激人們的喉、眼、鼻等粘膜。它不僅危害人類以及其它動物，而且使生態(tài)環(huán)境遭到破壞，嚴(yán)重影響農(nóng)作物的生長，迫使農(nóng)業(yè)減產(chǎn)，同時還具有致癌作用。此外，鉛化合物、硫化合物等等也為有害成分。

2 我國在汽車尾氣排放控制方面的狀況

2.1 燃油質(zhì)量

燃油是汽車發(fā)動機的動力源，燃油質(zhì)量不僅直接關(guān)系到汽車的動力性、經(jīng)濟性、耐久性，而且對汽車的排放性能及安全性能起到至關(guān)重要的作用。汽車產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展及汽車排放標(biāo)準(zhǔn)的日趨嚴(yán)格對我國車用燃油的質(zhì)量提出了更高的要求。

目前我國的燃油質(zhì)量與發(fā)達(dá)國家同標(biāo)號的燃油質(zhì)量相比有較大的差距。以汽油為例，我國從2000年1月1日起實施GBl7930-1999《車用無鉛汽油》標(biāo)準(zhǔn)，能滿足歐I排放標(biāo)準(zhǔn)要求。而歐盟各國早在1997年就開始執(zhí)行歐Ⅱ排放標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)時的EN228-1998無鉛汽油標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，從1995年開始，硫含量已降到0.05%以下，目前中國的燃油品質(zhì)尚不能滿足《世界燃油規(guī)范》中第2類無鉛汽油的要求。

2.2 汽油車

我國于1994年10月開始批量生產(chǎn)汽油機電子控制系統(tǒng)控制汽車尾氣排放，縮短了與國外排放控制技術(shù)的差距。上海大眾有限公司率先引進德國博世(BOSCH)公司的MotronicM1.5.4系統(tǒng)用于Alee型發(fā)動機，1996年又引進Motronic M3.8.2系統(tǒng)用于AJR(現(xiàn)改為AY刀型發(fā)動機)。一汽—大眾汽車有限公司也使用MotronicM3.8.2系統(tǒng)用于捷達(dá)轎車。由中聯(lián)汽車電子有限公司與德國博世公司在1995年底合資組建的聯(lián)合汽車電子有限公司(UAES)，在國內(nèi)首家引進生產(chǎn)汽油發(fā)動機控制系統(tǒng)(EMS)零部件，具有100萬套的生產(chǎn)能力。投資1.5億元人民幣建成的技術(shù)中心，配備了國際一流的試驗和匹配設(shè)備，進行發(fā)動機與整車的匹配標(biāo)定，為EMS系統(tǒng)的技術(shù)開發(fā)奠定了堅實的基礎(chǔ)。

2002年，上海大眾公司、上海通用公司、一汽—大眾公司、神龍公司、東風(fēng)公司等一大批車型已申請并通過了對提前達(dá)到歐Ⅱ排放標(biāo)準(zhǔn)車輛減征30%的消費稅的認(rèn)定，這說明這些車輛已通過了8萬km耐久性的考驗。聯(lián)合電子公司幾十個項目的試驗也證明：現(xiàn)行中國石化提供的符合GBl7930-1999《車用無鉛汽油》標(biāo)準(zhǔn)的汽油，雖然沒有達(dá)到《世界燃油規(guī)范》的第2類汽油的技術(shù)指標(biāo)，但用這種汽油在國內(nèi)匹配的電子系統(tǒng)的裝車試驗，完全能滿足8萬km耐久性的排放達(dá)到歐Ⅱ排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2.3 柴油車

國外控制柴油機微粒排放措施主要是中冷渦輪增壓、催化轉(zhuǎn)化器、微粒捕捉器、電控可變技術(shù)、使用低硫柴油等。我國對柴油機微粒排放控制起步較晚，標(biāo)準(zhǔn)也較寬松，目前與世界發(fā)達(dá)國家柴油汽車微粒排放控制水平存在較大的差距，滿足EuroI標(biāo)準(zhǔn)的柴油機剛剛被廣泛使用。相應(yīng)的凈化技術(shù)措施基本限于對燃油系統(tǒng)和進氣系統(tǒng)的改進。柴油機電噴、催化轉(zhuǎn)化器、捕捉器等較為先進的控制排放技術(shù)還處于研究開發(fā)和試使用階段。

雖然我國新開發(fā)的柴油機產(chǎn)品對排放、煙度等指標(biāo)都提出了更為嚴(yán)格的要求，且環(huán)保指標(biāo)有所改善，但廢氣中HC和NOx的含量比國外約高一倍，由柴油車造成可吸入顆粒物的分擔(dān)率占50%。這些問題需要采取有效的技術(shù)和法規(guī)措施來加以限制和改善，對于經(jīng)濟性和排放性能的矛盾應(yīng)加以全面的權(quán)衡，綜合考慮。

3 我國在汽車排放控制方面的對策

由于汽車運行嚴(yán)重的分散性和流動性，因而也給凈化處理技術(shù)帶來一定的限制。除了開發(fā)機內(nèi)凈化技術(shù)外，還要大力開發(fā)機外凈化處理技術(shù)。這應(yīng)從兩個方面入手：一是控制技術(shù)，主要是提高燃油的燃燒率，安裝防污染處理設(shè)備和采取開發(fā)新型發(fā)動機；二是行政管理手段，采取報廢更新，淘汰舊車，開發(fā)新型的汽車（即無污染物排放的機動車），從控制燃料使用標(biāo)準(zhǔn)入手。

3.1 汽車燃油的改用

（1）采用無鉛汽油，以代替有鉛汽油，可減少汽油尾氣毒性物質(zhì)的排放量。

首先應(yīng)抓汽車油的改用。以無鉛汽油代替四乙基鉛汽油。這種汽油是用甲荃樹丁醚作滲合劑，它不僅不含鉛，而且汽車尾氣排出的一氧化碳、氮氧化合物、碳?xì)浠衔锞鶗p少。雖然我國城市的交通密度比發(fā)達(dá)國家的密度低，但有鉛汽油燃燒帶來的鉛的污染程度不可忽視。因鉛是一種蓄積毒物，它通過人的呼吸、飲水、食物等途徑進入人體。對人體的毒性作用是侵蝕造血系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)以及賢臟等。諸如對血管系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)以及癌致畸等毒性作用也可能發(fā)生。

（2）摻入添加劑，改變?nèi)剂铣煞?/p>

汽油中摻入15%以下的甲醇燃料，或者采用含水份10%的汽油燃料，都能在一定程度上減少或者消除CO、NO、HC和鉛塵的污染效果。

若采用“甲醇燃料”，即采用甲醇和其它醇類同汽油混合所制成的燃料。當(dāng)甲醇占比例30%-40%,汽車尾氣排出的污染物可基本上消除。

（3）選用恰當(dāng)?shù)臐櫥砑觿瓩C械摩擦改進劑

在機油中添加一定量（比例為3%-5%）石墨、二硫化鉬、聚四氟乙烯粉末等固體添加劑，加入到引擎的機油箱中，可節(jié)約發(fā)動機燃油5%左右。此外，采用上述固體潤滑劑可使汽車發(fā)動機汽缸密封性能大大改善，汽缸壓力增加，燃燒完全。尾氣排放中，CO和碳?xì)浜侩S之下降，可減輕對大氣環(huán)境的污染。

（4）采用綠色燃料同樣可減少汽車尾氣有毒氣體排放量

據(jù)美國的俄亥俄州某研究所用豆油與甲醇、燒堿混合，然后去除其中的甘油，從而可獲得“大豆柴油”。用“大豆柴油”，以3:7的比例摻入到普通柴油中，可供柴油汽車之用。它可大大減少發(fā)動機工作時排放的硫化物、碳?xì)浠衔铩⒁谎趸己蜔焿m。故譽作綠色燃料。

（5）采用多種燃料作為汽車燃料來源

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和計算機的廣泛應(yīng)用，確保環(huán)境保護法規(guī)的實施和節(jié)能措施：汽車中可廣泛使用新的配方汽油、電力、壓縮的天然氣體、太陽能以及生態(tài)燃料的蓄電池等等。然而在這種汽車上裝上電腦，不斷在行駛中早先調(diào)撥組合，以使汽車發(fā)揮最佳性能。采用計算機控制點火系統(tǒng)，以便對發(fā)動機的不同工況作出快速反應(yīng)，可取得最佳燃料經(jīng)濟性和發(fā)動機動力性能，可減少尾氣對大氣的污染。

（6）節(jié)約能源，有利環(huán)境，大力推廣車用乙醇汽油

根據(jù)有關(guān)專家指出，開發(fā)乙醇代替汽油，即節(jié)約能源，又可消化陳糧，使汽車排出的有害汽體減少，是一項有利于保護環(huán)境和資源的新課題。

3.2 汽車發(fā)動機內(nèi)部的調(diào)試，可減少尾氣污染物的排放量

（1）減少噴油提前角

減少噴油提前角，可降低發(fā)動機工作的最高溫度（1500氏度），使NOx的生成量減少。

（2）改善噴油器的質(zhì)量

控制燃燒條件（燃比、燃燒溫度、燃燒時間），可使燃料燃燒完全，從而可減少CO、HC和煤煙。

（3）調(diào)整噴油泵的供油量

可降低發(fā)動機的功率，使霧化的燃料有足夠的氧氣進行完全燃燒，從而也可以減少CO、HC煙的生成。

3.3 發(fā)動機外部尾氣凈化措施

即汽車尾氣由原有毒氣體，變成為無毒氣體，再排放到大氣中。從而可減少對大氣環(huán)境的污染。

（1）采用催化劑

將 CO氧化成 CO2，HC氧化成 CO2和 H2O，NOx被還原成為 N2等。采用的催化劑有氧化錳－氧化銅；氧化鉻－氧化鎳－氧化銅等金屬氧化物和白金屬（鉑）等貴金屬。它們都可以凈化CO、HC。催化反應(yīng)器設(shè)置在排氣系統(tǒng)中排氣歧管與消音器之間。

（2）水洗

通過水箱，使汽車尾氣中的碳煙粒子經(jīng)過水洗和過濾及蒸氣的淋浴，可去除粘在碳粒上的有毒物質(zhì)，使碳粒子脹大而給予去除。

3.4 發(fā)動機內(nèi)部凈化處理措施

（1）正曲軸箱通氣系統(tǒng)的設(shè)計

把從汽缸竄入曲軸箱的氣體（主要是未燃?xì)怏w）再循環(huán)進入進氣歧管，使其再次燃燒，改變了過去將其直接排入大氣所造成的污染。

（2）排氣再循環(huán)設(shè)計

發(fā)動機排氣口用控制閥與進氣歧管相連接，使排出的氣體經(jīng)過再次循環(huán)，以降低氮氧化物的排放量。

（3）蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)的設(shè)計

將化油器浮子室中的汽油蒸發(fā)汽引入進氣系統(tǒng)，而將油箱中的蒸發(fā)汽引入儲存系統(tǒng)，可大大減少污染物的排放。

4 國家對汽車尾氣排放的政策和法規(guī)

4.1 政府干預(yù)，重視投入

國家及各部門領(lǐng)導(dǎo)重視、關(guān)心，從立法、嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)及執(zhí)行制度著手，加強政府干預(yù)及投資力度，普及清潔空氣、保護環(huán)境的國民教育。同汽車相關(guān)的研究與工業(yè)部門，特別是燃料、潤滑油、交通運輸管理和維修部門以及研究及生產(chǎn)發(fā)動機、汽車的部門一起參與降低汽車排放、清潔空氣的工作。

4.2 綜合治理控制

除了汽車排放污染大氣外，還有其他移動工具、工業(yè)部門、能源開采生產(chǎn)部門以及民用燃料等排出的有害物都會污染大氣，應(yīng)進行綜合治理。隨著行駛里程的增加，汽車排放物也會增加，在用車的定期檢查、維修、報廢制度以及維修質(zhì)量都會影響汽車排放對大氣污染的程度。汽車怠速工況時排放率更高，發(fā)展城市立體交通干線，盡量減少汽車擁堵現(xiàn)象，同樣屬于綜合治理控制的范疇。

4.3 分地區(qū)、分階段實施排放法規(guī)

我國由于發(fā)展的不平衡，特別是汽油無鉛化進程的地區(qū)不平衡性和在不同地區(qū)使用的汽油中實際含鉛水平的差異，同時由于大城市機動車排放的NOx約占總污染源排放的50%以上，而部分落后地區(qū)，機動車排放污染相對于其他污染還不是主要污染源。因此，建議汽車排放法規(guī)應(yīng)分地區(qū)、分階段逐步實施。

4.4 嚴(yán)格企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

企業(yè)在設(shè)計或研究改進產(chǎn)品時，制定的排放性能目標(biāo)應(yīng)比國家規(guī)定的要嚴(yán)格，這是因為要考慮大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品之間的品質(zhì)及性能的差異，在汽車使用過程中性能的變差以及國家的任意抽樣檢查時需要的可信度及產(chǎn)品一致性等。

（1）淘汰舊車，采取報廢迎新

開發(fā)并采用多種燃料的新型汽車，這是今后汽車的發(fā)展方向。以氫為燃料的電池電動車、太陽能汽車、電動汽車、復(fù)式汽車、液化氣汽車、甲醇汽車等。它們是低公害、前途最佳的新型汽車。同時，目前也還可改裝汽油發(fā)動機的汽車為柴油發(fā)動機汽車。雖然柴油發(fā)動機燃料費用高，但CO生成量少。如果對NOx、粉塵排放量作相對的限制的話，那么柴油發(fā)動機汽車也是未來最佳汽車。

（2）嚴(yán)格執(zhí)行國家質(zhì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，控制燃油標(biāo)準(zhǔn)

按國家規(guī)定，不合質(zhì)量的燃油不能使用，市場上不準(zhǔn)出售低劣的燃油。汽車不準(zhǔn)使用含鉛汽油這一禁令已下，但難以奏效。其主要原因是廣大市民對這一政策了解不足，含鉛的70號和不含鉛的90號及90號以上汽油，每噸差價比較大，加之無有效措施和得力宣傳。另外，個別城市周邊的地區(qū)又沒有實行含鉛汽油的禁令。市場調(diào)查結(jié)果顯示含鉛汽油庫存數(shù)量還比較大，加之，車輛運輸?shù)牧鲃有?，故使得禁令難以實施。因此，對“禁令”的宣傳力度和推行力度應(yīng)大大加強，才能保證大氣環(huán)境的潔凈。