汽車尾氣排放檢測(cè)方法分析

張潤(rùn)南

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展和人民生活水平的穩(wěn)步提高，社會(huì)對(duì)環(huán)境質(zhì)量的要求越來(lái)越高，在此過(guò)程中，加強(qiáng)對(duì)汽車尾氣排放的控制也受到了越來(lái)越多的重視。隨著《中華人民共和國(guó)大氣污染防治法》以及與之配套的汽車排放法規(guī)的頒布與實(shí)施。我國(guó)對(duì)汽車尾氣排放的控制步入了法治軌道。

1.汽車尾氣排放及其控制

現(xiàn)代燃油汽車的排放物主要包括氮氧化合物、碳?xì)浠?/p>

物、碳氧化合物、硫化物、顆粒排放物、金屬化合物、有機(jī)

化合物和水等。汽車尾氣排放是造成大氣污染的重要原因，氮氧化合物在陽(yáng)光下與碳?xì)浠衔锇l(fā)生反應(yīng)容易形成煙霧，礦物不完全燃燒產(chǎn)生的一氧化碳是一種危害很大的有毒氣體，硫化物容易與水反應(yīng)形成酸雨，而二氧化碳則被公認(rèn)為是引起全球變暖的罪魁禍?zhǔn)住?/p>

影響汽車尾氣排放的因素很多，包括汽車燃料品質(zhì)、進(jìn)氣處理、燃燒系統(tǒng)、汽車供油系統(tǒng)、電子控制技術(shù)水平，以及后處理技術(shù)等多個(gè)方面。因此，對(duì)汽車尾氣排放的控制也往往從這些方面展開。

關(guān)于汽車燃料，在嚴(yán)格控制燃油中硫和鉛含量的基礎(chǔ)上，目前有一些廠商和科研單位嘗試使用代用汽油（如在普通汽油中加入少量甲醇），也有人提出使用汽油清凈劑，但總的來(lái)說(shuō)，這些方法還處在試驗(yàn)階段，其技術(shù)效果和經(jīng)濟(jì)可行性還有待進(jìn)一步觀察。

由于絕大部分排放污染物都是在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中產(chǎn)生的，因此，改善發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒性能是降低排放污染的重要措施之一。圍繞著輸出功率高、燃油消耗少和污染排放低的總體目標(biāo)，近年來(lái)，世界各國(guó)在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)與制造中進(jìn)行了大量投入，大量采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）和計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM），應(yīng)用了稀薄燃燒、可變進(jìn)氣諧振、發(fā)動(dòng)機(jī)電控燃油噴射等先進(jìn)技術(shù)，大大降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的污染排放。

排氣催化凈化技術(shù)是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排放的氣體進(jìn)行凈化處理，以進(jìn)一步降低汽車尾氣對(duì)大氣的污染。目前，發(fā)達(dá)國(guó)家普遍采用催化劑凈化技術(shù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣進(jìn)行凈化，我國(guó)一些大型城市開始推廣三校催化轉(zhuǎn)化技術(shù)。

在管理層面上，世界主要國(guó)家都出臺(tái)了與汽車尾氣排放相關(guān)的法規(guī)，確定排放污染物限值。目前，世界上主要有美、日、歐三種排放法規(guī)體系。在我國(guó)的GB3847—1999《壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)和裝用壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的車輛排氣可見污染物限值及測(cè)試方法》、CBl4761—1999《汽車排放污染物限值及測(cè)量方法》和GB17691—2001《車用壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染物限值及測(cè)量方法》中，除個(gè)別項(xiàng)目外，基本上都采用了歐洲排放法規(guī)體系。然而，由于各種原因，主要是技術(shù)上的差距，我國(guó)在實(shí)施時(shí)間上不僅落后于同檔的歐I、歐II標(biāo)準(zhǔn)，也沒(méi)有制定相當(dāng)于歐III、歐IV標(biāo)準(zhǔn)的法規(guī)和實(shí)施時(shí)間表。

2.汽車尾氣檢測(cè)的無(wú)負(fù)載檢測(cè)法及其缺陷

排放法規(guī)不僅由一系列各種污染物的限值組成，它還包括檢測(cè)、認(rèn)定和強(qiáng)制執(zhí)行的方法。有研究表明，在汽車排放造成的空氣污染中，有80%的污染物來(lái)自于20%的排放嚴(yán)重超標(biāo)的車輛。因此，強(qiáng)化汽車尾氣檢測(cè)具有十分重要的意義。為了減少機(jī)動(dòng)車排放造成的污染，一要執(zhí)行嚴(yán)格的新車排放標(biāo)準(zhǔn)，用環(huán)保法規(guī)來(lái)促進(jìn)高新技術(shù)在汽車領(lǐng)域中的應(yīng)用，使出廠的新車達(dá)到低污染；二是實(shí)施在用車的定期檢查維護(hù)制度，強(qiáng)制要求車輛定期進(jìn)行排放檢測(cè)，不合格者必須到指定的維修網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行有針對(duì)性的維護(hù)和修理，達(dá)標(biāo)后方可上路。以上兩種方法的最佳組合，基本上就能夠保證車輛排放的污染物始終處于較低的水平。前者是保證機(jī)動(dòng)車低污染的前提條件，后者是使其排放控制系統(tǒng)在車輛的整個(gè)使用壽命期內(nèi)能夠正常工作的保障。

我國(guó)對(duì)在用車的尾氣檢測(cè)是在車輛年檢制度中執(zhí)行的。通常用的檢測(cè)方法為怠速法或雙怠速法（汽油車）和自由加速煙度法（柴油車）。它們都屬于無(wú)負(fù)載檢測(cè)法，測(cè)試價(jià)格便宜，試驗(yàn)方法簡(jiǎn)單快捷。

怠速工況式發(fā)動(dòng)機(jī)多種工況的一種，指車輛變速器位于空檔、離合器處于接合位置和加速踏板處于松開條件下發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行低速空轉(zhuǎn)的狀態(tài)。發(fā)動(dòng)機(jī)在起動(dòng)后的穩(wěn)定、暖機(jī)時(shí)在十字路口車輛等紅燈及交通堵塞時(shí)的工況均為怠速工況。怠速法主要用于在用車。對(duì)于新車主要用于車間內(nèi)新車下線后的檢測(cè)。

在怠速法檢測(cè)中，先使發(fā)動(dòng)機(jī)由怠速工況加速至70%的額定轉(zhuǎn)速，并在維持60s后降至怠速；然后將取樣探頭插入排氣管中，并在維持15s后開始讀取30s內(nèi)的最高值和最低值，取其平均值與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對(duì)比。

在自由加速煙度法檢測(cè)中，先將取樣探頭固定于排氣管內(nèi)（插入深度為300mm以上），并使其中心線與排氣管軸線平行；然后將抽氣泵開關(guān)置于加速踏板上，在完成濾紙走位和清除排氣管殘存的碳煙之后將加速踏板迅速踩到底，并在維持4s后松開，過(guò)15s后接著執(zhí)行相同操作，連續(xù)測(cè)量4次，并取后3次讀數(shù)的算術(shù)平均值為所測(cè)煙度值。

自由加速煙度法檢測(cè)具有檢測(cè)操作簡(jiǎn)便易行。檢測(cè)儀器價(jià)格便宜和便于攜帶，以及檢測(cè)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于柴油車的年檢、路檢。

隨著環(huán)保要求的提高，目前通行的無(wú)負(fù)載檢測(cè)方法報(bào)漏出一些缺點(diǎn)。這類監(jiān)測(cè)方法最主要的問(wèn)題是不能反映車輛在道路上行駛時(shí)的實(shí)際排放狀況。

對(duì)于怠速法而言，只是檢測(cè)車輛在怠速狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的尾氣排放狀況，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)處在空轉(zhuǎn)狀態(tài)，不帶任何負(fù)荷。怠速是發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒狀況較差的工況，氮氧化物的排放量非常低，這時(shí)無(wú)法真實(shí)地檢測(cè)到車輛運(yùn)行時(shí)氮氧化合物的排放濃度（實(shí)際情況是車輛在加速和高速行駛時(shí)，氮氧化合物的排放量最大）。此外，怠速法還給化油器車在檢測(cè)時(shí)留下一些作弊的機(jī)會(huì)。對(duì)于檢測(cè)超標(biāo)的車本應(yīng)通過(guò)維護(hù)和修理使車況正常，從而降低碳氧化合物和碳?xì)浠衔锏臐舛?。但有些車主在年檢前自己將化油器怠速螺釘、節(jié)氣門螺釘向混合氣偏稀方向調(diào)整（偏離正常的怠速濃混合氣設(shè)計(jì)狀態(tài)），以通過(guò)對(duì)汽車尾氣的年檢?；爝^(guò)年檢后，為不使車輛起動(dòng)困難，他們?cè)賹⒒推髡{(diào)整恢復(fù)到原狀態(tài)。

對(duì)于自由加速煙度法來(lái)說(shuō)，自由加速煙度法是車輛在實(shí)際行駛過(guò)程中不存在的工況，也就無(wú)法反映實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中柴油車的排放狀況，不利于查出上路行駛時(shí)真正冒黑煙的車輛。此外，在實(shí)際操作中，“將加速踏板迅速踏到底”時(shí)速度與力度的掌握不同，“維持4s后松開”時(shí)時(shí)間長(zhǎng)短的掌握不一，使得測(cè)量的不確定性較大，從而影響最終檢測(cè)的結(jié)果。

3.汽車尾氣檢測(cè)的工況法及其優(yōu)缺點(diǎn)分析

為了克服無(wú)負(fù)載檢測(cè)法的上述缺點(diǎn)，一些發(fā)達(dá)國(guó)家采用工況法取代了無(wú)負(fù)載法。我國(guó)一些城市也從2003年3月1日起，對(duì)在用車的尾氣檢測(cè)停止使用“雙怠速法”，改為“簡(jiǎn)易工況法”。

采用簡(jiǎn)易工況法檢測(cè)時(shí)，被檢車輛是在底盤測(cè)功機(jī)上，由底盤測(cè)功機(jī)給車輛施加一定的載荷，讓車輛按照一定的車速工況（模擬車輛實(shí)際行駛時(shí)的工況）運(yùn)行，這時(shí)就能夠比較真實(shí)地檢測(cè)出車輛的排放狀況，可以有效地查出那些車況較差、排放污染較重和需要調(diào)修的車輛。因此，，簡(jiǎn)易工況法可以更科學(xué)、更有效地檢測(cè)機(jī)動(dòng)車排放污染的狀況。

目前，應(yīng)用較廣的簡(jiǎn)易工況法主要有IM240法、ASM法和VMAS法三種。

IM240法采用美國(guó)聯(lián)邦新車型式認(rèn)定用測(cè)試規(guī)程FTP曲線前0—333s的2個(gè)峰，經(jīng)修改縮短為240s。測(cè)試設(shè)備的工作原理同新車試驗(yàn)的要求一致。IM240法技術(shù)含量較高，測(cè)試結(jié)果較科學(xué)，但缺點(diǎn)在于其設(shè)備費(fèi)用高，維護(hù)比較復(fù)雜，檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)檢測(cè)人員有較高的要求。

ASM法，即穩(wěn)態(tài)加載加速模擬檢測(cè)法，其最大特點(diǎn)是試驗(yàn)設(shè)備充分簡(jiǎn)化，可使用在怠速法中廣泛使用的直接取樣濃度分析儀。ASM法的優(yōu)點(diǎn)在于其所需的整套設(shè)備價(jià)格僅為IM240法的30%左右，操作與維護(hù)都比較簡(jiǎn)單容易。缺點(diǎn)在于ASM法檢測(cè)結(jié)果與FTP檢測(cè)結(jié)果相關(guān)性不高，與新車試驗(yàn)的相關(guān)性較差，誤判率偏高。

為了克服ASM與FTP相關(guān)性差和IM240雖與FTP相關(guān)性好但費(fèi)用太高、不利于推廣的困難，人們推出了VMAS法。VMAS法是一種瞬態(tài)加載簡(jiǎn)易工況法，使用與IM240相同的底盤測(cè)功機(jī)。它吸取了IM240瞬態(tài)工況，測(cè)量稀釋排氣量最重可得出污染物排放質(zhì)量的優(yōu)點(diǎn)，也吸取了ASM直接利用簡(jiǎn)便式尾氣分析儀就可對(duì)各個(gè)污染物濃度測(cè)試的長(zhǎng)處，采用一個(gè)被稱為“氣體流量分析儀”的裝置來(lái)檢測(cè)汽車的排放流量（經(jīng)稀釋），經(jīng)處理計(jì)算后得出每種污染物每千米的排放質(zhì)量。上海工程技術(shù)大學(xué)汽車工程學(xué)院、東南大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院等單位研究認(rèn)為，VMAS法（采用類似IM240測(cè)試規(guī)程）的檢測(cè)精度和環(huán)保效益與IM240非常接近，而投資規(guī)模和檢測(cè)費(fèi)用卻遠(yuǎn)比IM240少，與ASM相當(dāng)，但檢測(cè)正確率、排放削減率都大大高于ASM檢測(cè)方法。

鑒于簡(jiǎn)易工況法的科學(xué)性比無(wú)負(fù)載檢測(cè)法要高，我國(guó)政府對(duì)簡(jiǎn)易工況法給予了充分肯定，并倡導(dǎo)和鼓勵(lì)使用這種檢測(cè)方法。由于采用簡(jiǎn)易工況法檢測(cè)汽車尾氣，需要進(jìn)行檢測(cè)設(shè)備的更新?lián)Q代，會(huì)加重汽車檢測(cè)機(jī)構(gòu)和車主的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，因此，無(wú)負(fù)載檢測(cè)法在我國(guó)仍將占有一定市場(chǎng)，特別是在一些經(jīng)濟(jì)不太發(fā)達(dá)的地區(qū)無(wú)負(fù)載檢測(cè)法不會(huì)很快被簡(jiǎn)易工況法替代。但是，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，無(wú)負(fù)載檢測(cè)法最終肯定要被簡(jiǎn)易工況法替代，因此，廣大汽車檢測(cè)機(jī)構(gòu)應(yīng)做好相關(guān)的準(zhǔn)備和規(guī)劃工作。

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【文章編號(hào)】1627-6868（2014）08-0063-02