工況法下單缸不點火故障對汽車尾氣排放影響的對比分析*

萬 霞

（深圳職業(yè)技術學院 汽車與交通學院，廣東 深圳 518055）

工況法下單缸不點火故障對汽車尾氣排放影響的對比分析*

萬 霞

（深圳職業(yè)技術學院 汽車與交通學院，廣東 深圳 518055）

利用穩(wěn)態(tài)工況法和雙怠速法，測試了邁騰和凱越2款試驗車在正常情況下和單缸不點火故障時，尾氣中HC、CO和NOx3種污染物排放值，對比分析結果顯示：對于有缺火監(jiān)測功能的車輛發(fā)動機，所測故障下尾氣中CO、HC的含量相對于正常情況下小幅降低，而NOx含量大幅增加．對于傳統(tǒng)發(fā)動機，所測故障下的CO、HC和NOx均較之于正常情況下的排放值有所增加．檢測數(shù)據(jù)還顯示穩(wěn)態(tài)工況法汽車尾氣檢測的準確性高于雙怠速法．

單缸不點火；排放；穩(wěn)態(tài)工況法；雙怠速法

深圳市機動車保有量2104年9月16日突破300萬輛大關，汽車排放污染已經(jīng)成為城市大氣主要污染源①網(wǎng)上深圳交警：2014年交通管理相關數(shù)據(jù) http://www.stc.gov.cn/ZWGK/TJSJ/TJXX/201501/t20150126_38584.html，嚴重影響人們的日常生活．控制汽車排放污染已成為城市所面臨的重要難題．由于汽車發(fā)動機采用電子控制燃油噴射發(fā)動機、電控點火、三元催化轉化、廢氣再循環(huán)、燃油蒸汽回收等先進技術，大大減少了CO，HC，NOx等主要污染物的排放量．但是當汽車發(fā)生故障后，車輛帶故障運行，尾氣排放污染會加?。钲谑心壳皩υ谟密嚈C動車尾氣排放實行定期檢測制度②深圳經(jīng)濟特區(qū)機動車排氣污染防治條例.廣東省深圳市人大常委會，2012-09-18，能夠及時檢測在用機動車的尾氣排放情況，找出排放污染問題車輛，以進行維修．

單缸不點火故障在實際的車輛使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)，主要是由于火花塞故障，線束老化、接觸不良，點火線圈老化損壞，點火信號缺失等引起．深圳市對在用小汽車的尾氣檢測方式為ASM（穩(wěn)態(tài)工況法）檢測法．而對于無法使用底盤測功機對驅動輪加載負荷的小汽車（如四驅車）必須使用雙怠速法來檢測尾氣．本文通過對2臺小汽車進行單缸不點火的故障設定，在雙怠速和穩(wěn)態(tài)工況檢測法下檢測其尾氣排放中CO，HC和NOx的含量，并與正常情況下排放值進行比較，分析單缸不點火故障造成的汽車排放變化特征，為今后針對汽車尾氣排放的檢測/維修制度的實施提供依據(jù)．

1 測試方法和結果

1.1 ASM工況法和雙怠速法試驗模型

本試驗采用ASM工況法和雙怠速法對邁騰1.8TSI和別克凱越1.6兩輛測試用車（具體參數(shù)見表1）進行尾氣排放測試．ASM（Acceleration Simulation Mode）穩(wěn)態(tài)工況法[1]，用ASM5025和 ASM2540兩個典型的等速有負荷運行工況[2]．ASM5025工況為高負荷低速工況，即50%節(jié)氣門開度，25 km/h；ASM2540工況為中負荷中速工況，即25%節(jié)氣門開度，40km/h．

在用小汽車中有部分車輛無法使用底盤測功機進行加載負荷，此時政府規(guī)定采用雙怠速法[3,4]代替ASM穩(wěn)態(tài)工況法檢測尾氣排放．本文試驗使用車輛在正常怠速下（無額外負荷）為低怠速，駕駛員空檔腳踩車輛發(fā)動機到達1500 r/min為高怠速，持續(xù)時間15s后進行數(shù)據(jù)讀取．

1.2 試驗數(shù)據(jù)

被測車輛在正常和故障情況下的3種污染物排放原始數(shù)據(jù)見表2．

表1 測試車輛具體參數(shù)

表2 邁騰、別克凱越尾氣測試3種氣體含量

2 結果分析

2.1 ASM工況法下點火故障對車輛排放影響的對比

在相同車輛條件下利用雙怠速法測量和ASM法測量所得到的尾氣測試數(shù)據(jù)值差異較大，從表2可以看出，2種測試方法的測試數(shù)據(jù)變化趨勢基本一致．

圖1對比了被測車輛在ASM工況法下測得的CO排放．圖1的左邊顯示了凱越車在設置了單缸不點火故障后，CO排放顯著增加．ASM5025和ASM2540測試條件下CO排放分別增長了24.5倍和20.5倍．圖的右邊顯示了邁騰車在設置了單缸不點火故障后CO排放顯著降低，在ASM5025和ASM2540時測得在故障時CO排放為0．

圖2對比了被測車輛在ASM工況法下測得的HC排放．圖2的左邊顯示出凱越車在單缸不點火情況下HC的排放顯著增加，在ASM5025和ASM2540兩種測試條件下HC排放分別增長了2.66倍和2.52倍．圖2的右邊顯示出邁騰車在單缸不點火情況下HC的排放減少了，在ASM5025和ASM2540兩種測試條件下HC排放分別減少了74%和0.06%．

圖3對比了被測車輛在ASM工況法下測得的NOx排放．圖3的左邊顯示出凱越車在單缸不點火情況下NOx的排放也有增長，在ASM5025和ASM2540兩種測試條件下NOx排放分別增長了2.33倍和1.67倍．圖3的右邊顯示出邁騰車在單缸不點火情況下NOx的排放發(fā)生了顯著增長，在ASM5025和ASM2540兩種測試條件下NOx排放分別增長了85倍和200倍．

從以上對比可以看出，被測車輛發(fā)生不點火故障時，在ASM工況法下凱越的CO和HC排放較之正常情況下均有顯著增長．邁騰車的CO和HC排放較之正常情況下均有減少．而在此故障下，在ASM工況法下測得的凱越NOx排放較之正常情況也有小幅增長，但邁騰車的NOx排放較之正常情況下測得的排放值顯著增長．從雙怠速法測得的數(shù)據(jù)也可以看出類似趨勢．

針對發(fā)動機單缸不點火故障，傳統(tǒng)發(fā)動機由于無法監(jiān)控而繼續(xù)噴油，未完全燃燒的燃油以HC和CO的形式排出．2005年的凱越車發(fā)動機屬于傳統(tǒng)發(fā)動機，在發(fā)生單缸不點火故障時，凱越車尾氣中CO，HC的含量相對于正常值均大幅增加．另外由于一缸無法工作，導致發(fā)動機由于功率下降需要加大另外三缸的輸出功率，因此發(fā)動機總的進氣量、噴油量比正常狀態(tài)下增加，從而造成CO，HC和NOx排放的增加．而2013年出廠的邁騰其發(fā)動機自診斷系統(tǒng)具有缺火監(jiān)測功能．當監(jiān)測到某個氣缸缺火過度時，會斷開該缸的噴油器電路．所以當發(fā)動機發(fā)生單缸不點火故障后，該發(fā)動機自動切斷了該缸的噴油，所以可以理解為單缸不噴油故障．當測試時發(fā)動機由于功率下降需要加大另外三缸的噴油量和總的進氣量．由于缺火氣缸不噴油，該缸空氣吸進排出不產(chǎn)生燃燒后的污染氣體，尾氣中總的空氣量增多，即尾氣富氧．雖然工作氣缸混合氣變濃，三缸工作的發(fā)動機排出的CO和HC量上升，但由于缺火缸空氣的稀釋作用，發(fā)動機總的CO與HC含量反而會有所下降．功率加大的正常工作的三氣缸產(chǎn)生了大量的NOx，并由于發(fā)動機總的CO和HC排放含量降低，從而導致三元催化反應中NOx的轉換率嚴重降低，從而導致邁騰發(fā)動機NOx排放在單缸不點火故障發(fā)生后比正常情況下大幅升高．

2.2 雙怠速法和ASM工況法下排放數(shù)據(jù)對比

圖4～6分別對比了被測車輛在2種測試方法下的CO，HC和NOx排放物含量．從圖4中可以看出，對于凱越車和邁騰車，ASM測試法和雙怠速法所測得的CO排放除了數(shù)值不一樣外，變化趨勢是一樣的．即凱越車故障下CO排放測試結果比正常值高，邁騰車在故障下CO排放測試結果比正常值低．

圖5顯示凱越車在低怠速時測得在單缸不點火故障下CO排放降低了，呈現(xiàn)出與其它測試方法相反的變化，凱越車故障下HC排放測試結果比正常值高，邁騰車在故障下HC排放測試結果比正常值低．

圖6可以看出2種測試方法下被測車輛NOx排放在故障情況下的變化規(guī)律基本趨同．雙怠速法測得的NOx值明顯偏小，大多時候測出的NOx值為0．這是因為雙怠速法是在無負荷狀態(tài)下檢測，與車輛的真實運行狀況有較大差距，由于NOx在大負荷的時候才能大量產(chǎn)生，而怠速和高怠速時負荷較小，雙怠速法很難檢測到NOx的含量．而穩(wěn)態(tài)工況法屬于有負荷檢測方法，測試結果更能接近實際排放．

圖1 測試車輛在ASM工況檢測法下CO排放對比

圖2 測試車輛在ASM工況檢測法下HC排放對比

圖3 測試車輛在ASM工況檢測法下排放對比

圖4 測試車輛在兩種檢測法下CO排放對比

圖5 測試車輛在2種檢測法下HC排放對比

3 結 論

1）針對發(fā)動機單缸不點火故障，傳統(tǒng)發(fā)動機由于無法監(jiān)控而繼續(xù)噴油，同時另外三缸的負荷急劇增大，導致發(fā)動機的進氣、噴油也顯著增加，2種測試方法下尾氣中CO，HC，NOx的含量相對于正常值均有所增加，特別是無法完全燃燒而形成的CO和HC的排放含量較之正常情況下的排放有較大幅度增加．

2）對有缺火監(jiān)測功能的電控發(fā)動機，由于發(fā)生故障的氣缸不噴油，此氣缸正常進氣排氣但不產(chǎn)生燃燒后的廢氣，所以2種測試方法下尾氣中CO，HC的含量由于被稀釋而相對于正常值小幅降低．同樣由于另外三缸的負荷急劇增大和尾氣中參與三元催化的CO和HC的含量減少，使NOx的排放值相對于正常值大幅增加．

3）從檢測數(shù)據(jù)分析可以看出，雙怠速法對于汽車尾氣檢測的準確性要低于穩(wěn)態(tài)工況法．特別是無負荷檢測的雙怠速法，很難檢測到NOx的排放．穩(wěn)態(tài)工況法屬于有負荷檢測方法，能夠檢測車輛NOx的排放，測試結果更接近實際排放．

圖6 測試車輛在兩種檢測法下NOx排放對比

[1] 朱莉．ASM穩(wěn)態(tài)工況法檢測在用汽油車尾氣排放[J]．黑龍江科技信息，2013（14）：73．

[2] 曹家喆，黃文偉，高謀榮，等．現(xiàn)代汽車檢測診斷技術[M]．清華大學出版社，2009．

[3] 劉運年，李蘭．淺談機動車排氣污染物的測量方法[J]．中國環(huán)境管理叢書，2007（1）：23-26．

[4] 江濤．機動車排放污染物檢測方法分析[J]．福建質量信息，2008（9）：32-37．

Comparision and Analysis of the Influence of the Single Cylinder Misfire on Emission via Mode Test Method

WAN Xia
（School of Automobile and Transportation, Shenzhen Polytechnic, Shenzhen, Guangdong 518055, China）

Acceleration simulation mode (ASM) and two-speed idle mode emission tests are conducted for the two test cars: Magotan and Excelle which are in normal condition and in the single cylinder misfire condition. The HC, CO and NOxpollutant emission data of these testing cars are compared and analyzed. The results show that for cars with misfire detection function, the CO and HC emission decreased slightly and the NOxemission increased greatly in misfire condition compared with pollutant emission in normal condition. For the traditional engine without misfire detection function, the CO, HC and NOxemission all increased compared with that in normal condition. The result also shows that the acceleration simulation mode (ASM) has higher accuracy than the two-speed idle mode in the vehicle emission tests.

misfire condition; emission; acceleration simulation mode (ASM); two-speed idle mode

U46

A

1672-0318（2015）03-0025-04

10.13899/j.cnki.szptxb.2015.03.006

2015-03-23

*項目來源：深圳職業(yè)技術學院科技計劃資助項目：深圳市LNG與油電混合動力公交大巴排放特性的研究（2213K3100003）

萬霞（1981-），女，湖北應城人，講師，碩士，主要研究方向：汽車排放．