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(xù)增長，汽車排放污染已經(jīng)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(guān)鍵詞：在用汽油車；污染物；排放；環(huán)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(jù)環(huán)保部《2013年中國機動車污染防治年報》顯示，我國已經(jīng)連續(xù)多年成為世界汽車產(chǎn)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(huán)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(jiān)測表明，我國城市空氣呈現(xiàn)出煤煙與機動車尾氣復(fù)合污染的特點。一些地區(qū)灰霾、酸雨和光化學(xué)煙霧等區(qū)域性大氣污染問題頻繁出現(xiàn)，這些問題的產(chǎn)生都與車輛尾氣排放密切相關(guān)。由于機動車大多行駛在人口密集區(qū)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(guī)和檢測標準，并從新車環(huán)境準入、在用車環(huán)境監(jiān)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(chǎn)車的排放標準現(xiàn)已經(jīng)執(zhí)行國Ⅲ階段標準，從2012-08-01起，輕型汽油車開始執(zhí)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(guān)限制，并且通過實施環(huán)保定期檢測制度和環(huán)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(xiàn)達標排放，減少污染物的排放。

研究表明，技術(shù)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(huán)保新技術(shù)的應(yīng)用，原有的維修治理方法已不能適應(yīng)現(xiàn)行標準和采用電控燃油噴射、三元催化、廢氣再循環(huán)等環(huán)保新技術(shù)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(nèi)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(yīng)的治理措施并通過檢測驗證效果，最終總結(jié)出一套治理技術(shù)方法，指導(dǎo)治理維修作業(yè)。其主要內(nèi)容包括：①在用汽油車排氣污染物超標情況的統(tǒng)計研究；②超標汽車技術(shù)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(shù)對策研究；④制訂在用汽油車排氣污染物治理技術(shù)的方法。

3 排氣污染物超標與維修治理現(xiàn)狀調(diào)查分析

3.1 在用汽油車排氣污染物檢測現(xiàn)狀

在用汽油車排放檢測的現(xiàn)行標準為GB 18285—2005《點燃式發(fā)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(fā)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(guī)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(wěn)態(tài)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(gòu)成和汽車運行工況不同，相應(yīng)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(qū)根據(jù)實際情況，按照HJ/T 240—2005《確定點燃式發(fā)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(xiàn)狀調(diào)查分析

“在用車環(huán)保I/M制度”是在用車環(huán)保監(jiān)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(shù)狀況和環(huán)保裝置處于良好的運行狀態(tài)，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(yǎng)可以提高在用車的燃油經(jīng)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(jīng)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(xiàn)行的在用車維護與檢測制度主要應(yīng)用于交通運輸部門負責的營運車的技術(shù)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(yǎng)要靠車主自覺，車輛只需通過年度安全性能檢驗和環(huán)保檢測即可?，F(xiàn)行的技術(shù)規(guī)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(jīng)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(xiàn)象時有發(fā)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(yè)與汽車尾氣排放治理的發(fā)展要求有明顯的差距：①企業(yè)缺乏汽車尾氣排放治理的技術(shù)負責人和專業(yè)技術(shù)人員。②很少有維修企業(yè)將排放要求納入其質(zhì)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(shè)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(guī)范進行尾氣排放的檢測和調(diào)試。③汽車尾氣排放、治理還沒有完整、統(tǒng)一的治理技術(shù)規(guī)范，大多數(shù)的汽車尾氣治理作業(yè)還只是簡單、粗糙的調(diào)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(nèi)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(chǎn)品、減排裝置和保養(yǎng)產(chǎn)品應(yīng)運而生。盲目地安裝凈化產(chǎn)品，使用減排產(chǎn)品、保養(yǎng)產(chǎn)品，也可能會因為一些產(chǎn)品質(zhì)量差或與發(fā)動機不匹配，造成發(fā)動機動力下降，甚至技術(shù)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(huán)保I/M制度未出臺獨立的指導(dǎo)性文件，給執(zhí)行帶來困難。維修治理機構(gòu)未實行資質(zhì)許可，還沿用交通行業(yè)維修企業(yè)資質(zhì)。但在實際操作中，鑒于各地實際情況未嚴格執(zhí)行，存在超范圍從事維修、治理的現(xiàn)象。②技術(shù)上，沒有有效的指導(dǎo)性技術(shù)規(guī)范、診斷流程和手段，導(dǎo)致超標影響因素判斷不準，易造成過度維修或維修不當?shù)那闆r，以至于維修費用增高，返修率升高。③產(chǎn)品上，治理產(chǎn)品泛濫，良莠不齊，無政府指導(dǎo)，缺機構(gòu)檢測、認證，效果不明顯，有些甚至?xí)Πl(fā)動機產(chǎn)生不良影響。④企業(yè)自律上，受企業(yè)自身技術(shù)水平限制和利益驅(qū)動，產(chǎn)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(guī)現(xiàn)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(xiàn)出明顯故障，但尾氣排放可能已經(jīng)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(tǒng)出現(xiàn)的早期劣化雖然尚未影響汽車動力性，但排放已經(jīng)惡化，這勢必會使油耗增加。

想快速、經(jīng)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(yù)防這些因素引發(fā)的問題，同時，要及時診斷引發(fā)排放超標的因素，并進行治理。其次，要結(jié)合各系統(tǒng)元件的保養(yǎng)里程和統(tǒng)計的尾氣劣化里程，制訂相應(yīng)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(tǒng)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(chǎn)生惡性磨損，直至汽車出現(xiàn)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(dǎo)致動力性、經(jīng)濟性、環(huán)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?shù)拇胧?，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(shù)的影響，零件的磨損與排放并不完全同步，所以，控制技術(shù)的應(yīng)用使得排放劣化趨勢變緩。在實際應(yīng)用中，正常的維護、保養(yǎng)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(shù)標準，保養(yǎng)、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(dǎo)致機件加速損壞，使排放在短時間內(nèi)急劇惡化。異常磨損除了受設(shè)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(shù)和維護保養(yǎng)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(fā)動機各部位形成灰塵、膠質(zhì)、積碳、化學(xué)絡(luò)合物等沉積物，包括進氣道積碳、節(jié)氣門積碳、缸內(nèi)積碳、噴油嘴膠質(zhì)積碳、火花塞積碳、氣門積碳、氧傳感器沉積物、三元催化器絡(luò)合物和廢氣再循環(huán)系統(tǒng)EGR積碳等。這些沉積物的集聚增加一方面加劇了系統(tǒng)劣化，另一方面，由于集聚部位不同，對發(fā)動機性能和排放的影響各不相同。發(fā)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(jié)氣門積碳易引起節(jié)氣門關(guān)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(zhì)積碳易使噴油嘴堵塞，引起滴漏、霧化不良等故障?；鸹ㄈe碳形成速度較慢，但在混合氣過濃，發(fā)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?shù)惹闆r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(fā)動機的正常工作。積碳層是具有一定阻值的導(dǎo)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(dǎo)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(xiàn)為復(fù)雜的化學(xué)絡(luò)合物和積碳的組合。這些沉積物在催化劑上的覆蓋或產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，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(tǒng)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(fā)生故障時現(xiàn)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(xiàn)為磨損、沉積物和主要傳感器、凈化裝置的劣化。此類影響發(fā)展較為緩慢，尤其是在閉環(huán)控制電噴車上，由于自身的反饋調(diào)整作用，一般故障表現(xiàn)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(fā)偶發(fā)故障，影響排放。

5 解決方法

隨著行駛里程的增長，系統(tǒng)劣化與排放性能密切相關(guān)。正確、及時的維護、保養(yǎng)可以減緩劣化的速度和程度，從而減緩排放的劣化。在常規(guī)維護、保養(yǎng)時，要按照一定的保養(yǎng)周期更換機油、三濾，定期檢查噴油嘴、火花塞和節(jié)氣門等零部件。這樣做的主要目的是保持發(fā)動機的正常潤滑，使燃油、空氣清潔順暢，延續(xù)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(fā)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(guān)系存在一定的誤區(qū)。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(dǎo)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(zhì)是影響排放的重要因素。劣質(zhì)汽油不僅會使排放超標，還會影響發(fā)動機和凈化裝置，造成系統(tǒng)故障，惡化排放性能，且由于燃油組分復(fù)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(zhì)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(yīng)靈敏度和凈化效率產(chǎn)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(jié)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(zhì)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(wěn)定運行。隨著國Ⅲ車用汽油標準的頒布和執(zhí)行，上述情況或有好轉(zhuǎn)。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